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    2. 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

      來源:新聞網  

      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Al34HiMN36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 Al35HiN36 Al34HiMN36 (M = Be, Mg, Ca)。圖中1、2、3表示M(Be、Mg、Ca)和VAl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Hi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Al34HiMN36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Al34HiMN36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Al34HiMN36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

      2022年09月14日 17:03:44

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