侯清玉教授團隊在點缺陷(Hi-VAl)對單層AlN：Be/Mg/Ca磁性和光催化性能影響方面有新發現

近日，我校侯清玉教授團隊在單層AlN光催化性能研究中取得新進展，研究發現，單層Al₃₄H_iMN₃₆更適合被用作光催化劑。

侯清玉教授團隊（后排右二為侯清玉教授，后排左一為文章第一作者張彥霞）

模型 (a) AlN 原胞； (b) 單層 AlN 原胞； (c) 單層 AlN 超胞； (d) 單層 Al₃₅H_iN₃₆ 和 Al₃₄H_iMN₃₆ (M = Be, Mg, Ca)。圖中1、2、3表示M(Be、Mg、Ca)和V_Al的相對位置

單層AlN因其原料豐富、易合成、穩定性高、易改性等特點，引起許多學者的關注?，F有報道中關于點缺陷對單層AlN磁光性質的影響均疏忽了H_i的存在。其次，AlN本身也存在VAl，單獨的VAl形成能較高，容易和雜質H形成缺陷復合體。摻入Be/Mg/Ca元素后，由于d0 鐵磁性的摻雜原子是非磁性的，體系產生磁性是本征的，因而沒有第二磁性相存在。且二維材料與三維塊體材料相比，表面積相對更大，載流子的遷移距離相對更短，遷移率相對大、電子-空穴不易復合，可以提高空位活性，促進光催化過程中載流子分離，因而更具研究價值。

基于上述考慮，侯清玉教授團隊通過第一性原理計算方法，系統研究了點缺陷(Hi-VAl)對單層AlN：Be/Mg/Ca磁性和光催化性能的影響，從態密度和能帶的計算表明，所有含雜質體系均為直接帶隙半導體。同時發現，單層Al₃₄H_iMN₃₆體系滿足雜質能級與費米能級重合或在其附近有利于陷阱作用，電子與空穴不易復合，載流子壽命相對最長。

所有體系能帶結構分布圖

研究人員計算了所有體系的有效質量比值以及電偶極矩，結果表明，單層Al₃₄H_iMN₃₆的空穴和電子最不易復合，載流子壽命相對最長、活性最好。通過帶邊位置計算表明，與單層AlN相比，單層Al₃₄H_iMN₃₆的還原性和氧化性最強，帶邊位置變化較大，說明有效改善了單層AlN的氧化還原性。這對分解水制氧和制氫均有利。此研究對設計和制備新型單層Al34HiBeN36光催化劑有一定的理論參考價值，且對半導體物理或材料物理學科的發展提供了一定的理論支撐。

所有體系帶邊位置圖

相關研究以“First-principles study of the effect of point defects (Hi-VAl) on the magnetic and photocatalytic properties of monolayer AlN: Be/Mg/Ca) ”為題，于8月11日在線發表于期刊《Applied Surface Science》 (一區，IF：7.392) 上。侯清玉教授為該文章通訊作者，材料科學與工程學院2021級博士研究生張彥霞為第一作者，內蒙古工業大學材料科學與工程學院為第一完成單位。

文章截圖

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154506

文字、攝影：材料科學與工程學院