二维MX和MX$_2$金卤化物的第一性原理理论研究：带隙工程、磁性和催化标志
材料科学
2025-08-20 v1
摘要
金卤化物，特别是MX和MX化合物（其中M代表金属元素，X=F, Cl, Br, I），因其多样化的电子和光电性质而引起了广泛关注。然而，关于其结构和电子行为的全面理解，特别是从bulk到低维形式的这些性质的演变，仍有限。为填补这一差距，我们进行了第一性原理计算，构建了60种MX和MX金卤化物的数据库，详细描述了它们在bulk和slab配置下的结构和电子属性。使用先进的\texttt{HSE06-D3}混合泛函进行密度泛函理论（DFT）计算，确保在保持高计算成本的同时准确预测材料属性。结果表明，这些材料主要为半导体，但其带隙范围从0到9 eV。对bulk到slab结构的详细分析揭示了电子性质的显著变化，包括带隙修改。在维数缩小后，9种材料发生间接到直接带隙转换，增强了其能源转换的潜力。除了结构维数之外，还考察了化学组成对带隙变化的影响。为进一步评估其实际应用性，系统评估了这些金卤化物的催化和磁性属性。这些发现不仅阐明了此前较少探索的MX和MX金卤化物，也识别了适用于电子、光电、催化和自旋电子学应用的有前景的候选材料。该数据库为指导未来研究和技术发展提供了宝贵资源。
引用
@article{arxiv.2508.13955,
title = {A first-principles theoretical study on two-dimensional MX and MX$_2$ metal halides: bandgap engineering, magnetism, and catalytic descriptors},
author = {Yu-Hsiu Lin and Daniel Maldonado-Lopez and Jose L. Mendoza-Cortes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.13955},
year = {2025}
}