六角氮化硼片带隙调制的第一性原理研究

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低维纳米材料的研究为人们解决能能源、环境污染等问题提供了方向。随着能源问题的日益凸显,太阳能作为一种绿色可再生能源受到了极大的关注,光催化材料也随之应运而生。二维结构石墨烯的成功制备,更是拓展了人们的研究宽度。六角片层蜂窝状BN成功制备也使其成为研究热点,它具有类似石墨烯的结构,是宽禁带半导体。我们为了使二维硼氮片能成为一种高效的光催化材料,我们需要使BN片的带隙减小到2.0eV左右,从而高效吸收太阳光谱中能量最大部分。为实现此目标,本文从电场和应变两方面着手来调控BN片的能带结构:1、电场调控BN片的能带结构:即采用外加电场手段来调控双层BN片的带隙。计算结果表明,双层BN片在外加电场大小从0逐渐增至0.015au时,带隙随之可以由4.45eV减小至0.3eV。外加电场引起的能带结构的移动,导致价带顶由一层的N-pz轨道构成,而导带底则由另一层的B-Pz轨道构成。这种价带顶和导带底的分离使得在光激发条件下产生的电子-空穴对很好的分离,从而可能实现高效的光催化效应。2、应变调控BN片的能带结构: BN薄膜衬底上时,由于晶格失配,将产生应变。我们系统研究应变对单层、双层和三层硼氮片能带结构的影响。研究表明,BN片的带隙随拉伸应变的增加而线性减小,且其斜率不依赖与BN片的层数。这表明BN片的能带结构主要依赖于层内BN的相互作用,而层间相互作用影响较小。
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