二維黑磷功能化修飾對(duì)光電性質(zhì)影響的理論研究
發(fā)布時(shí)間：2021-11-22 07:43
單層黑磷（MLBP）作為一種新型的二維（2D）材料,因其獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在光電領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景,已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。但是MLBP在空氣中具有不穩(wěn)定性,因而對(duì)其改性的研究備受青睞,以期拓展其應(yīng)用范圍。目前較為常用的改性方法主要有共價(jià)接枝和與其它2D材料形成范德華異質(zhì)結(jié)。其中共價(jià)接枝主要集中在無機(jī)非金屬分子和有機(jī)分子,對(duì)引入過渡金屬的接枝報(bào)道很少。而且通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)金屬在MLBP表面的吸附能比石墨烯或碳納米管的大,表明金屬與MLBP的結(jié)合更容易實(shí)現(xiàn)。此外,MLBP與石墨烯、單層BN、單層MoS2形成范德華異質(zhì)結(jié)已有報(bào)道,但在它們的層與層之間接枝過渡金屬形成夾心異質(zhì)結(jié)的研究卻未見報(bào)道,過渡金屬的引入可能為材料帶來新穎的光電性質(zhì)。本文采用密度泛函理論（DFT）及非平衡格林函數(shù)（NEGF）方法,研究PdCl2和PtCl2共價(jià)接枝MLBP以及形成三種不同類型的MLBP異質(zhì)結(jié)（包括Pt和PtCl2插層復(fù)合物）兩種功能化修飾對(duì)MLBP光電性質(zhì)的影響。計(jì)算表明MLBP與表面修飾原子形成強(qiáng)鍵的同時(shí)仍保持其自身結(jié)...
【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省
【文章頁數(shù)】：148 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
MLBP的結(jié)構(gòu)示意圖
這種不穩(wěn)定性對(duì)其應(yīng)用也存在一定影響。因此，對(duì) MLBP 進(jìn)行功能化的研究具有重要意義，通過功能化不僅可以提高黑磷的穩(wěn)定性，還可以改善其性能。除晶體結(jié)構(gòu)的差異外，BP 在電子能帶結(jié)構(gòu)上也不同于石墨烯。石墨烯是零隙半導(dǎo)體，但是 BP 是一種具有相當(dāng)大間隙的半導(dǎo)體[20,21]。BP 是位于布里淵區(qū) G(0, 0, 0) 點(diǎn)的直接帶隙，且與剝落層數(shù)無關(guān) BP 都表現(xiàn)為直接帶隙。Cai[22]等利用HSE06 方法計(jì)算了不同層數(shù)的 BP 的帶隙，如圖 1-2 所示，從一層到五層都表現(xiàn)為直接帶隙。但是，BP 帶隙值的大小卻取決于層數(shù)，這也是 BP 一個(gè)有趣的性質(zhì)，從單層的大間隙 (接近 2 eV) 單調(diào)減小，當(dāng)達(dá)到塊狀黑磷時(shí)為窄帶隙 (約0.3 eV)。這種與厚度有關(guān)的帶隙[23]，如圖 1-3 所示，比在其它 2D 半導(dǎo)體材料中觀察到的要強(qiáng)。因此，BP 提供了一種特殊程度的可調(diào)諧性：人們可以選擇黑磷的厚度，使其成為具有特有帶隙值的材料，這種材料的能帶帶隙值是為某一特定用途而優(yōu)化。BP 還擁有一個(gè)非常吸引人的特性，它的帶隙值跨越了一個(gè)較寬的能量范圍，而其它 2D 材料至今還沒有覆蓋到這個(gè)范圍。另外，BP 與半導(dǎo)體TMD 也存在一個(gè)很大的差別，TMD 呈現(xiàn)間接帶隙特征，也僅僅在單層時(shí)是位于 K (2/3, 1/3, 0) 的直接帶隙，其它材料基本都是間接帶隙，這是明顯區(qū)別于直接帶隙的 BP。
圖 1-3 不同方法計(jì)算的黑磷帶隙的層數(shù)依賴性示意圖[23]Schematic diagram thickness dependence of the band gap of BP that caldifferent approaches[23]最近已經(jīng)證明，通過將黑磷與砷 (b-AsxP1-x) 進(jìn)行合金化V 范圍內(nèi)進(jìn)一步調(diào)節(jié) BP 的帶隙[24]。石墨烯只能覆蓋 0-0.2 形成納米帶，或向雙層石墨烯施加垂直電場(chǎng)打開帶隙)，過-2.0 eV 內(nèi)呈現(xiàn)帶隙 (取決于厚度、應(yīng)變水平和化學(xué)成分)。墨烯 (零或幾乎零帶隙半導(dǎo)體) 和過渡金屬二硫化物 (寬橋梁，如圖 1-4 所示。許多應(yīng)用都需要半導(dǎo)體材料在這個(gè)能，例如：熱電、熱成像、電信、光伏等。其它 2D 半導(dǎo)體可光催化中具有潛在用途 (指 1.2-1.6 eV 帶隙半導(dǎo)體)[25]，但光子能量為 0.8-1.0 eV)[26]、熱成像 (通常需要寬度為 0.1 至熱電發(fā)電 (帶隙在 0.2 至 0.3 eV 之間的材料) 是目前分離法達(dá)到的。這些應(yīng)用通常被傳統(tǒng)的 3D 半導(dǎo)體所覆蓋，如GaxAs、In1-xGaxSb 和 Si1-xGex。但是，2D 材料相比于 3D 材僅橫向尺寸大和表面原子暴露率高，而且在縱向僅有一個(gè)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低維黑磷制備及其在太陽電池中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 余夏輝,杜凱翔,楊培志. 激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2019(14)
[2]二維黑磷納米片的液相剝離和穩(wěn)定性研究[J]. 于波,楊娜,王佳宏,喻學(xué)鋒. 集成技術(shù). 2018(03)
[3]ML42-幾何和電子結(jié)構(gòu)的理論研究(M=Ni2+,Pd2+,Pt2+;L=CN-,Cl-)[J]. 陳玉,趙亮,崔佳,張福麗,陳燕,徐春明,劉植昌. 分子科學(xué)學(xué)報(bào). 2008(06)
本文編號(hào)：3511245
【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省
【文章頁數(shù)】：148 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
MLBP的結(jié)構(gòu)示意圖
這種不穩(wěn)定性對(duì)其應(yīng)用也存在一定影響。因此，對(duì) MLBP 進(jìn)行功能化的研究具有重要意義，通過功能化不僅可以提高黑磷的穩(wěn)定性，還可以改善其性能。除晶體結(jié)構(gòu)的差異外，BP 在電子能帶結(jié)構(gòu)上也不同于石墨烯。石墨烯是零隙半導(dǎo)體，但是 BP 是一種具有相當(dāng)大間隙的半導(dǎo)體[20,21]。BP 是位于布里淵區(qū) G(0, 0, 0) 點(diǎn)的直接帶隙，且與剝落層數(shù)無關(guān) BP 都表現(xiàn)為直接帶隙。Cai[22]等利用HSE06 方法計(jì)算了不同層數(shù)的 BP 的帶隙，如圖 1-2 所示，從一層到五層都表現(xiàn)為直接帶隙。但是，BP 帶隙值的大小卻取決于層數(shù)，這也是 BP 一個(gè)有趣的性質(zhì)，從單層的大間隙 (接近 2 eV) 單調(diào)減小，當(dāng)達(dá)到塊狀黑磷時(shí)為窄帶隙 (約0.3 eV)。這種與厚度有關(guān)的帶隙[23]，如圖 1-3 所示，比在其它 2D 半導(dǎo)體材料中觀察到的要強(qiáng)。因此，BP 提供了一種特殊程度的可調(diào)諧性：人們可以選擇黑磷的厚度，使其成為具有特有帶隙值的材料，這種材料的能帶帶隙值是為某一特定用途而優(yōu)化。BP 還擁有一個(gè)非常吸引人的特性，它的帶隙值跨越了一個(gè)較寬的能量范圍，而其它 2D 材料至今還沒有覆蓋到這個(gè)范圍。另外，BP 與半導(dǎo)體TMD 也存在一個(gè)很大的差別，TMD 呈現(xiàn)間接帶隙特征，也僅僅在單層時(shí)是位于 K (2/3, 1/3, 0) 的直接帶隙，其它材料基本都是間接帶隙，這是明顯區(qū)別于直接帶隙的 BP。
圖 1-3 不同方法計(jì)算的黑磷帶隙的層數(shù)依賴性示意圖[23]Schematic diagram thickness dependence of the band gap of BP that caldifferent approaches[23]最近已經(jīng)證明，通過將黑磷與砷 (b-AsxP1-x) 進(jìn)行合金化V 范圍內(nèi)進(jìn)一步調(diào)節(jié) BP 的帶隙[24]。石墨烯只能覆蓋 0-0.2 形成納米帶，或向雙層石墨烯施加垂直電場(chǎng)打開帶隙)，過-2.0 eV 內(nèi)呈現(xiàn)帶隙 (取決于厚度、應(yīng)變水平和化學(xué)成分)。墨烯 (零或幾乎零帶隙半導(dǎo)體) 和過渡金屬二硫化物 (寬橋梁，如圖 1-4 所示。許多應(yīng)用都需要半導(dǎo)體材料在這個(gè)能，例如：熱電、熱成像、電信、光伏等。其它 2D 半導(dǎo)體可光催化中具有潛在用途 (指 1.2-1.6 eV 帶隙半導(dǎo)體)[25]，但光子能量為 0.8-1.0 eV)[26]、熱成像 (通常需要寬度為 0.1 至熱電發(fā)電 (帶隙在 0.2 至 0.3 eV 之間的材料) 是目前分離法達(dá)到的。這些應(yīng)用通常被傳統(tǒng)的 3D 半導(dǎo)體所覆蓋，如GaxAs、In1-xGaxSb 和 Si1-xGex。但是，2D 材料相比于 3D 材僅橫向尺寸大和表面原子暴露率高，而且在縱向僅有一個(gè)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低維黑磷制備及其在太陽電池中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 余夏輝,杜凱翔,楊培志. 激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2019(14)
[2]二維黑磷納米片的液相剝離和穩(wěn)定性研究[J]. 于波,楊娜,王佳宏,喻學(xué)鋒. 集成技術(shù). 2018(03)
[3]ML42-幾何和電子結(jié)構(gòu)的理論研究(M=Ni2+,Pd2+,Pt2+;L=CN-,Cl-)[J]. 陳玉,趙亮,崔佳,張福麗,陳燕,徐春明,劉植昌. 分子科學(xué)學(xué)報(bào). 2008(06)
本文編號(hào)：3511245
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