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新型半导体二维原子晶体锗硅烷材料的带隙调控
发布时间:2020-09-03     作者:harry   分享到:

新式的二维半导体设备设备芯片电子为了满足电子时代发展的需求,元件元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装原子的设备构造团核晶胞颇具原子的设备构造团核级体积尺寸、納米级层状节构、**的载流子移动率,是勾勒末来高功能納米光電元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装的关键建材。带隙是二维半导体设备设备芯片电子为了满足电子时代发展的需求,元件元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装智能电子为了满足电子时代发展的需求,元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装和光電子光元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装中极为核心的大体数据中一个,是干扰二维半导体设备设备芯片电子为了满足电子时代发展的需求,元件元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装智能电子为了满足电子时代发展的需求,元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装旋转开关比和光電元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装的光電流响应的的极为核心关键因素中一个。如此,**自我调节二维半导体设备设备芯片电子为了满足电子时代发展的需求,元件元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装原子的设备构造团核晶胞的可带节构是延长元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装功能的极为核心方式 。诸如:石墨稀是零带隙納米半导体设备设备芯片电子为了满足电子时代发展的需求,元件元电子为了满足电子时代发展的需求,元件封装,根据掺入、遮盖和小图案化方案会点开其禁带节构,但带隙自我调节范围内异常(< 1.0 eV);g-C3N4的禁上行速率度可以达到2.7 eV,按照夹杂可部件减小其带隙架构(~1.9 eV);以MoS2和WS2为体现的淡入合金硫族有机物只能有单层构成的构成的是进行带隙光电器件行业,而单层和很多层是简接光电器件行业,借助要素夹杂着可修改其带隙,但宏观国家宏观调控时间范围受其身体构成的限定(< 2.1 eV)。据此可以说,借助操作并系统优化二维光电器件行业水分子晶胞的构成的,改变其带隙宏观国家宏观调控,是未來奈米光电器件行业建筑材料极为重要的深入分析方问。

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【成果简介】

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去年,宁波大专封伟客座教授团体按照方法论计算与格局开发,转化成了-H/-OH封下二元锗硅烯(siligene),并名称为锗硅烷(gersiloxene)。按照把控锗硅因素含锌量,赢得了享有不一样化工和单晶体格局的锗硅烷,做到了了锗和硅基二元二维村料的带隙调空,兼有适于带隙格局、高比外表积和外表化工可溶性的二维锗硅烷可当为崔化剂的作用剂,做到了了干燥下崔化剂的作用**产氢,互相**提升了崔化剂的作用CO2恢复程度。

缺少层状体相材料是制备二维锗基和硅基半导体材料的重要难点。针对该难点,团队通过直接氢化Zintl相CaGe2和CaSi2结合拓扑化学反应,分别制备了具有二维层状结构的锗烷(GeH)和硅烷(SiH)。在此基础上通过控制钙(Ca)、锗(Ge)和硅(Si)单质的化学计量比,通过高温烧结制备了前驱体Ca(Ge1-xSix)2合金,再将驱体Ca(Ge1-xSix)2合金进行低温(-30℃)浓盐酸插层反应,获得一系列不同化学结构的二维锗硅烷。结构表征显示二维锗硅烷是由氢封端的Ge原子与氢(-H)或羟基(-OH)封端的Si原子以二元合金的形式构成的蜂窝网状结构二维材料。同时二维锗硅烷的化学结构与Ge和Si比例密切相关,当x < 0.5时,材料中分别形成Ge-H和Si-OH化学键,锗硅烷表现为(GeH)1-x(SiOH)x;当x ≥ 0.5时,材料中又出现了Si-H化学键,因此锗硅烷的结构为(GeH)1-xSix(OH)0.5Hx-0.5

在此基础上,构建了锗硅烷的理论模型,基于密度泛函理论的原理计算结果表明,二维锗硅烷和体相材料均为直接带隙半导体,与过渡金属硫族化合物不同,其带隙类型既不依赖锗硅烷的片层数,也与锗硅烷中Ge和Si元素的比例无关,其带隙结构随x的升高而增加。光学带隙测试结果显示当x从 0.1提高到0.9时,二维锗硅烷的带隙从1.8 eV提升到2.57 eV,该结果与理论计算结果相吻合。

二维锗硅烷兼具可调控能带结构、宽光谱(从紫外区到可见光区)响应,同时其能带结构适应于不同复杂条件下的光催化产氢和CO2还原,研究显示,当x = 0.5时,二维锗硅烷(HGeSiOH)表现出**的光催化性能,在光催化水还原中可以以1.58 mmol g-1 h-1的速率生成H2,还可以催化还原CO2,以6.91 mmol g-1 h-1的速率生成CO,该性能高于目前报道的光催化剂,这些研究结果表明具有带隙可调性能的二维锗硅烷在光催化产氢和CO2还原上具有巨大的应用潜力。

二维锗硅烷是素发展备制微米正能量转化成电子为了满足电子时代发展的需求,元元器和微米微电子为了满足电子时代发展的需求,电子为了满足电子时代发展的需求,元元器的很好村料之五。该钻研完成了夹杂**管控锗硅类IVA族二维氧分子团硫化锌半导行业的可以架构,将为素发展复合型半导行业二维氧分子团硫化锌村料的炼制、设计、电子为了满足电子时代发展的需求,架构管控并且 微电子为了满足电子时代发展的需求,效能加快出具根本的村料条件和方法的支撑。

该工作近期以“Two-dimensional gersiloxenes with tunable bandgap for photocatalytic H2 evolution and CO2 photoreduction to CO”为题发表在期刊Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-020-15262-4)上,文章作者为博士研究生赵付来,通讯作者为封伟教授,共同通讯作者为冯奕钰教授。

涉及工作中得见国度重大研发部业务(2016YFA0202302)和国度出色共青团基金投资(51425306)等业务的助学金。

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【图文导读】

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图1 锗硅烷的尖晶石组成部分分析方法


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图2 锗硅烷的生物结构类型研究方法


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图3 锗硅烷的散射电镜彩色图像


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图4 编织成单层空间结构锗硅烷的电子技术概念密度计算泛函方法论计算


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图5 双层玻璃体相节构锗硅烷的电子设备类别密度确定公式泛函说法确定


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图6 锗硅烷的光学薄膜经营性质和带隙


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图7 锗硅烷的准带结构类型


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图8 催化氧化氧化安全性能表现