從材料中驅逐電子所需的能量是控制電子流的基本特性，也是器件設計中的關鍵考慮因素。傳統上，改變這種特性需要找到適合特定應用的不同材料。

  半導體上的絕緣體和石墨烯涂層會改變電子逃離材料所需的能量。該能量通常可以由照射該結構的光子提供。  圖片來源：南加州大學

     然而，研究人員最近證明，對于特定的半導體，可以通過在半導體頂部應用由絕緣體和石墨烯組成的雙層涂層來以電子方式調整該特性。通過在半導體和石墨烯之間施加電壓，可以減少從材料中發射電子所需的能量。

影響
　　在許多電化學裝置中，電子離開半導體并隨后引發反應。這種新型雙層涂層的引入有望通過降低釋放電子所需的能量來增強這些設備。因此，它減少了發生反應所需的輸入能量，從而有可能提高整體效率。此外，負責加速電子束以產生電磁輻射的電子加速器也將從這種涂層中受益。發射點電子束的質量可以顯著影響所生成輻射的特性，從而決定加速器的潛在應用。這種創新方法拓寬了這些加速器系統中可利用的來源范圍。

概括
　　在這項研究中，南加州大學的研究人員通過在石墨烯和半導體上建立具有相反電荷的層，實現了調節排出電子所需的能量的能力。該涂層包括位于半導體和石墨烯之間的薄絕緣層，每層都起著不同的作用。石墨烯層起到電極的作用，有利于在半導體和石墨烯之間施加電壓，導致石墨烯上積累正電荷，半導體上積累負電荷。
　　絕緣體有助于最大限度地減少材料和石墨烯之間的電荷泄漏。當電子離開半導體并與單層石墨烯相互作用時，它可以離開系統而不會被“捕獲”在石墨烯層內。與不使用涂層的情況相比，這種行為導致材料內電子的噴射能量減少。
　　這項研究得到了能源部(DOE) 科學辦公室、基礎能源科學、科學用戶設施部門的部分支持，這項工作是在能源部科學用戶設施辦公室分子鑄造廠進行的。
　　該研究的額外資金由美國化學會石油研究基金、國家科學基金會、陸軍研究辦公室、空軍科學研究辦公室和海軍研究辦公室提供。

期刊參考：
Chae, H. U., et al. (2021). Increasing the Hot‐Electron Driven Hydrogen Evolution Reaction Rate on a Metal‐Free Graphene Electrode. Advanced Materials Interfaces. doi.org/10.1002/admi.202001706.