MXenes,其化學通式是M_(n+1)X_n T_x(T_x代表表面吸附的官能團),是一類從三維層狀M_(n+1)AX_n中通過腐蝕A原子而剝離得到的二維過渡金屬碳化物或氮化物,其中M為前過渡金屬原子,A為周期表中IIIA和IVA主族元素,X為C/N。由于它們在鋰離子電池、鈉離子電池、超級電容器、水的凈化、氣體和生物傳感器以及制氫等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用價值,因此MXenes是材料研究的一大熱點。本文通過第一性原理系統(tǒng)地研究了官能團(F,Cl,O,S,OH和SH)修飾的鈧基MXenes的電子結(jié)構(gòu),以擴大它們的適用范圍。研究表明所有的官能團傾向于在第二層鈧原子上的三重位點處吸附。大多數(shù)體系表現(xiàn)為金屬性,且費米能級處的態(tài)密度隨原子層厚度的增加而增加。其中,表面吸附OH官能團的碳化物和表面吸附OH/SH的氮化物具有很低的功函數(shù),因此在場效應(yīng)晶體管里具有很大的應(yīng)用潛力。此外,除了之前報道過Sc_2CO_2,Sc_2CF_2和Sc_2C(OH)_2,我們還發(fā)現(xiàn)了三種新的半導(dǎo)體(Sc_2CCl_2,Sc_2C(SH)_2和Sc_2NO_2),特別的,Sc_2NO_2是一種自旋無帶隙鐵磁性半導(dǎo)體,是表面吸附官能團MXenes家族中第一個被發(fā)現(xiàn)具有這種性質(zhì)的材料,因此在自旋電子器件里有很大的應(yīng)用前景。我們還發(fā)現(xiàn)在鈧基MXenes半導(dǎo)體之間可以形成type-II異質(zhì)結(jié),有利于光激發(fā)電子空穴對的分離。進一步的光催化研究表明,Sc_2CCl_2具有將H_2O氧化成O_2的能力。在此基礎(chǔ)上,我們還研究了應(yīng)力下Sc_2NO_2的電子性質(zhì),發(fā)現(xiàn)Sc_2NO_2在隨壓縮到張力的作用下,發(fā)生了有趣的相變:鐵磁性半金屬過渡到鐵磁性自旋無帶隙半導(dǎo)體再到反鐵磁性半導(dǎo)體。我們期望通過這些結(jié)果能促進MXenes的研究在學術(shù)、工業(yè)領(lǐng)域的進一步發(fā)展。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O469

【參考文獻】

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1 匡達;胡文彬;;石墨烯復(fù)合材料的研究進展[J];無機材料學報;2013年03期

本文編號：2821974