双金属嵌入型扩展酞菁二维单层：一类具有迷人性质的多功能材料
材料科学
2023-07-12 v1
摘要
通过系统的第一性原理计算与分子动力学模拟，预测具有双过渡金属（记为 TM2EPc，TM = Sc-Zn）的扩展酞菁（EPc）单层片是一类新型二维（2D）金属有机材料，具有一系列有利的功能性质。金属与 EPc 基底之间的强配位解释了其优异的结构稳定性。化学键分析表明不存在 TM-TM 键。每个金属中心相互隔离，但通过四个 2c-2e TM-N σ 键与有机框架相连，形成扩展的 2D 网络。出乎意料地，发现 V2EPc 是具有狄拉克锥的反铁磁性金属，而 Cr2EPc 表现出铁磁性狄拉克半金属性，这在 2D 材料中不常见。令人振奋的是，铁磁性 Cr2EPc 与反铁磁性 Mn2- 和 Fe2-EPc 分别具有 223、217 和 325 K 的高磁转变温度，这对自旋电子学的实际应用至关重要。Cr2EPc 在 -6% ~ 2% 双轴应变下可保持狄拉克半金属性，而 Fe2EPc 通过施加 -6% ~ -10% 压缩应变可从半导体转变为半金属。此外，TM2EPc 单层对可见光具有全响应，且部分材料除可见光外还在紫外与红外区域有强吸收，展现出非凡的太阳光收集能力。值得注意的是，所设计的 II 型异质结 Fe2EPc/SnC、Co2EPc/GeS 与 Ni2EPc/2H-WSe2 具有高效率（PCE > 15%），尤其 Ni2EPc/2H-WSe2 的 PCE 达 25.19%，在太阳能电池应用中潜力巨大。所有这些期望的性质使二维 TM2EPc 单层成为未来纳米电子学、自旋电子学、光电子学与光伏器件中有前景的候选材料。
引用
@article{arxiv.2307.05237,
title = {Two-dimensional bimetal-embedded expanded phthalocyanine monolayers: a class of multifunctional materials with fascinating properties},
author = {De-Bing Long and Nikolay V. Tkachenko and Qingqing Feng and Xingxing Li and Alexander I. Boldyrev and Jinlong Yang and Li-Ming Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.05237},
year = {2023}
}