Ti$_2$CO$_2$ MXene单层电子与光学性质对表面终止的依赖性

二维（2D）MXene是一类快速增长的2D材料家族，具有丰富的物理和化学性质，其中表面终止起着关键作用。在各种2D MXene中，用氧（O）原子对Ti$_{n}$C$_{n-1}$相进行功能化因其光学带隙位于红外或可见光区而对光电子应用颇具吸引力。在本稿件中，我们使用最先进的第一性原理技术，从理论上研究了四种不同O原子功能化Ti$_{n}$C$_{n-1}$ MXene单层的电子和光学性质。具体而言，我们在密度泛函理论（DFT）之上计算了GW水平的准粒子修正，并通过求解有限动量下的Bethe-Salpeter方程（BSE）得到激子主导的光学谱。我们发现除一种模型外，所有单层模型均为间接带隙半导体，其中准粒子修正非常重要（约$1$ eV）。光学谱则主要由具有大结合能（介于$0.5$和$1$ eV之间）的直接和间接激子主导。大多数直接激子位于$1.5$ eV以上，而间接激子位于其下：因此，我们得出结论，Ti$_{n}$C$_{n-1}$应在可见光区显示强吸收，但在红外区显示声子辅助发射。我们的工作由此揭示了利用表面终止调控Ti$_{n}$C$_{n-1}$ MXene单层光学与电子性质的潜在用途，同时强调了超越DFT的多体效应对这些体系准确预测的关键作用。