近日，西南大学材料与能源学院汪敏副教授课题组在二维材料的理论计算方面取得了新进展。相关论 发表在《Applied Surface Science》、《Energy & Environmental Materials》、《International Journal of Quantum Chemistry》等著名SCI期刊上。
1. 一种新型二维碳材料net-C18的理论研究
这种类石墨烯的结构net-C18除了具有六元环，还有五元环和八元环，我们设计了可能的实验合成路径，即在石墨烯的六边形顶部添加偶数对碳原子来重构新的五元和八元环，也拓展了Haeckelite构建类石墨烯结构的方法。该成果还表明，net-C18较石墨烯相是亚稳态的，但它比实验上已经合成的graphdiyne的能量上更稳定，说明net-C18在实验上合成的可能性很高。进一步通过对声子光谱、从头算分子动力学（AIMD）和弹性常数的研究，证实了它具有动力学、热力学和机械稳定性。沿x或y轴的面内刚度（312 N / m或297 N / m）相当大。AIMD分析还表明其在1500 K下具有良好热稳定性。能带结构证明了它具有金属性。接着我们进一步预测了net-C18作为锂离子电池负极材料的相关性能：Li原子在net-C18上的扩散具有较低的能垒（0.32 eV），net-C18具有较低的开路电压（0.024 V）和较高的理论比容量（403 mAh/g）。因此，net-C18可以作为耐高温的柔性电极用于电子器件中，并具有作为锂离子电池负极材料的潜能。
论 链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/eem2.12127
2. 新型二维类石墨材料g-C3N5的理论研究
通过上述的工作发现g-C3N5是一种带隙为0.53 eV的直接带隙半导体。并且应变对电子性能有较大影响。比如当施加压缩双轴应变时，带隙可以减小到零，从而导致半导体到金属的转变。还发现电荷掺杂对电子性能也具有很大影响。随着负电荷掺杂的增加，带隙变窄直到为零，这也表明发生了半导体到金属的转变。另外，可以同时施加应变和电荷掺杂共同来调节g-C3N5的电子性质，实现半导体到金属的转变，从而扩展了g-C3N5的电子用途。
论 链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/qua.26378
3. 气体小分子在g-C3N5表面吸附的理论研究
在理论研究气体小分子（包括CO2、CO、NH3、NO2和NO）在g-C3N5表面的吸附中，发现g-C3N5与NO之间的吸附能低于其他气体分子。能带结构表明，与g-C3N5（0.53 eV）相比，NH3、CO、CO2和NO2吸附系统的带隙分别为0.63、0.58、0.52和0.11 eV。当NO被吸附时，能带结构表明价带穿过了费米能级，但由于费米能级附近仍存在小带隙，表明存在空穴掺杂，所以NO吸附系统具有p型导电性。差分电荷密度图表明，吸附过程有助于NO失去电子，而g-C3N5则获得电子。因此，与其它气体分子相比，NO吸附系统中最低的吸附能和p型导电性表明g-C3N5可提供良好的吸附表面来检测NO分子。
论 链接：
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147884
以上研究工作得到中央高校基本业务费、洁净能源材料与技术重庆市重点实验室的资助。
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