二维 C3N5 单层的应变工程及其在整体水分解中的应用：一项杂化密度泛函研究
材料科学
2022-07-19 v1 计算物理
摘要
近期实验合成的二维石墨相 C3N5 引起了人们对其电子与光学性质以及与其他石墨相 C3N4 和 C3N3 比较的广泛兴趣。为此，我们使用更精确的 HSE06 泛函进行了 DFT 计算并估算了相应的电子性质。通过对 C3N3、C3N4 和 C3N5 能带结构的比较研究，我们发现随着这些石墨相氮化碳单胞中氮原子数目的增加，电子带隙减小：3.24 eV (C3N3) > 2.81 eV (C3N4) > 2.19 eV (C3N5)。进一步，使用同一 HSE06 泛函研究了二维 g-C3N5 在单轴与双轴应变下能带结构的应变依赖性。我们发现带隙随应变增大而系统性减小。在两类应变中，双轴应变被证明在调控带隙上更为有效。通过分析键长、键角以及电荷密度图，还探讨了应变对结构的影响。此外，我们发现二维 g-C3N5 在 20% 双轴应变下发生有趣的结构重排，因电子能级自旋简并的丧失而产生有限磁矩。最后，通过研究带隙、能带对齐和光吸收随应变的演化，我们预测应变在 12–14% 范围内的双轴压缩 C3N5 可成为整体水分解中有前景的光催化剂，并在可见光光谱中具有优异的光吸收。
引用
@article{arxiv.2112.13133,
title = {Strain Engineering of 2D-C3N5 Monolayer and its Application in Overall Water-Splitting: A Hybrid Density Functional Study},
author = {Shakti Singh and P. Anees and Sharat Chandra and Tapan Ghanty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.13133},
year = {2022}
}
备注
27 pages, 25 figures