层状黑磷烯的电子性质和输运性质的研究

Since the exfoliation of layered graphene, more and more two-dimensional matials appeared, among which was the recently discovered phosphorene.Phosphorene showed bandgap between 0.3-2.0 eV. Such a bandgap range needs to be enlarged for broader application of phosphorene We will use first principles method to investigate the physical adsorption on both layers, chemical doping, and layered heterostructures to ajust the band structure, aiming to find larger range of band gaps. We will also simulate the field effect and p-n junctions.. Layered phosphorene will degradate in air, limiting its usage in long-term situation such as field-effect transistor. We plan to increase its stability by various doping. We will study the interaction of phosphorene with various substrate, especally metal substrate, to find out the effect on the stability and electronic structures of phosphorene.. Arsenic and antimony may form into arsenene and antimonene similar to phosphorene. It’s essential of theoretical simulation before actual experimentally fabrication. We plan to study their stability, electronicl, mechanical and optical properties, and modulate their field-effect transistor and p-n junction.

伴随着层状石墨烯的发现，更多二维纳米材料被制备出来，其中层状黑磷烯是最近的成果。黑磷烯的能隙在0.3-2.0 eV之间，需要扩大其能隙范围以拓展其应用领域。我们考虑用第一性原理的方法研究黑磷烯的上下层的物理吸附、化学掺杂、多层耦合等多种手段结合对能带的调制，希望获得更大的能隙范围，并且模拟相应的场效应管和p-n结。. 层状黑磷烯能与空气作用，在空气中降解，不适合持续时间长的应用，比如场效应管。我们准备使用掺杂来增强黑磷烯的稳定性，并研究黑磷烯与各种衬底——尤其是金属衬底——的作用，考察其稳定性和电子性质的变化。. 与磷烯类似，砷和锑元素也可能构成砷烯和锑烯，在实验上制备之前进行理论摸索很重要。我们打算研究砷烯和锑烯的各种可能结构的稳定性、电子性质、力学性质、光学性质，并模拟场效应管和p-n结。

层状磷烯是石墨烯和层状过渡金属硫化物（TMDC）之后的有一研究热点，黑磷烯（蓝磷烯）具有较大的直接（间接）带隙（单层为1.5 (1.98) eV），非常适合于纳米层次的电子器件。. 我们研究了蓝磷烯与不同金属接触的电子性质和输运性质。在单层蓝磷烯（ML BlueP）与金属的接触中，蓝磷烯呈现金属化，从而在单层蓝磷烯场效应管中产生很强的费米钉扎。如果在ML BlueP和金属电极之间插入石墨烯，将消除ML BlueP的金属态，从而降低费米钉扎。这一研究成果不仅阐明了ML BlueP与金属界面的性质，而且提供了设计ML BlueP器件的理论基础。. 我们研究了由1, 3, 5-均苯三甲酸（TMA）和对苯二甲酸（TPA）在液-固界面组成的二维柔性二元网格的结构变化。引入AgNO3分子、晕苯（COR）和三溴苯后，TMA/TPA网格受到不同的影响解体重构。使用密度泛函计算了不同构型的单位面积总能，发现TMA/TPA/COR的两种构型的单位面积总能非常接近，从而都可通过STM观测到。本工作有助于探讨提高二维自组装二元结构的稳定性的途径。. 我们还提出了采用一步水热法在Ni泡沫上沉积Ni(OH)2的方法。计算发现了Ni(OH)2/Ni泡沫具有很高的比电容。本工作提供了一种设计无粘合剂的电化学赝电容方法，即操作简易，又成本低廉。. 新型二维材料MXenes具有良好的导电性和较高的氧化还原活性，可作为超级电容器的电极材料并展现出超高的电化学性能。我们使用较为温和的腐蚀剥离剂氟化氢铵(NH4HF2)从Ti3AlC2 (MAX)中成功剥离出Ti3C2 (MXene)。我们从理论上研究了其电化学性能，并组装了K-MXene@NF//K-MXene@NF对称性超级电容器，测量了其循环寿命和库仑效率。本工作提供了一种成功的剥离Ti3C2 MXene的方法，并提出了其电化学应用。