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블랙 포스포렌에 대한 전이 금속의 흡착:제1원칙 연구

초록

흑색 포스포렌은 독특한 특성과 광범위한 응용을 가진 새로운 2차원 물질입니다. 첫 번째 원칙 계산을 사용하여 포스포렌에 대한 12가지 다른 전이 금속(TM, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt 및 Au)의 흡착 거동을 조사했습니다. 우리의 결과는 모든 흡착 시스템이 큰 결합 에너지를 가지고 있음을 보여주었습니다. Fe-, Co- 및 Au-포스포렌 시스템은 자기 모멘트가 2, 1 및 0.96 μ인 자기 상태를 표시합니다. 나 , 이는 이러한 시스템이 자기 반도체임을 의미합니다. TM-phosphorene에 대한 산소 분자의 흡착도 조사되었습니다. 흥미롭게도 모든 O2 -(TM-포스포렌) 시스템(O2 제외) -(Pd-포스포렌)은 O-O 결합을 연장할 수 있으며, 이는 CO 산화에서 촉매로의 적용에 중요합니다. 우리는 또한 O2의 흡착을 발견했습니다. 분자는 O2를 가능하게 합니다. -(Fe-, Ni-, Cu-, Ir-, Rh-, Ag- 및 Au-phosphorene) 시스템이 자기 반도체가 되며 O2 -(Co-phosphorene) 반금속 상태를 표시합니다. 우리의 결과는 포스포렌 기반 촉매 및 스핀트로닉스에 중요한 의미를 가질 것으로 기대됩니다.

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배경

오목한 벌집 구조로 배열된 인 원자의 단층인 포스포렌[1,2,3]은 직접적인 반도체 특성[4], 실온에서의 초고이동성[4,5,6], 우수한 기계적 유연성을 포함하는 고유한 특성을 가지고 있습니다. [7], 높은 열전 성능 [8,9,10]. 이러한 특성으로 인해 포스포렌은 전계 효과 트랜지스터[1, 11,12,13,14,15,16], Li 및 Na 이온 배터리[17,18,19], 태양 전지[20, 21], 광촉매[22], 스핀트로닉스[23], 가스 센서[24,25,26]. 그러나 포스포렌은 비자성체이므로 그 적용 범위를 넓히기 위해서는 몇 가지 전략이 필요합니다.

2차원(2D) 재료의 경우 일반적으로 특정 응용 분야에서 자기를 유도하기 위한 접근 방식으로 흡착이 선택됩니다. 이전에 Cao et al. [27]은 그래핀의 전자적 및 자기적 특성이 Fe, Co, Ni 및 Cu의 원자에 의해 효과적으로 조절될 수 있음을 보여주었다. Kaloniet al. [28]은 제1 원리 계산을 사용하여 Ti, V, Cr, Mn, Fe 및 Co-decorated silicene 시스템에서 자기 모멘트가 유도될 수 있음을 입증했습니다. Ersan et al. [29] 발견한 b -Arsenene은 H, B, C, P, Ge, As 및 Sb 원자의 흡착 후 스핀 극성 특성을 나타냅니다. 또한 w -Arsenene은 H, B, N, P, Cl, Ti, As 및 Sb의 원자로 순 자기 모멘트를 얻을 수 있습니다. 흑색 포스포렌의 경우 Kulish et al. [30]은 Ag-, Au-, Ti-, V-, Cr-, Mn-, Fe-, Co-phosphorene이 다소 안정적이며 이론적인 계산에서 다양한 범위의 자기 모멘트가 유도될 수 있다고 예측했다. 또한, 다른 유형의 전하 캐리어의 특성은 포스포렌에 다른 원자를 흡착하여 조정할 수도 있습니다. Ding과 Wang[31]은 포스포렌에 흡착된 원자의 구조적, 전자적, 자기적 특성을 체계적으로 설명하기 위해 첫 번째 원리 계산을 사용했습니다. 그들은 원자가 포스포렌에 자성을 도입할 수 있으며 P, Co 및 Au 원자는 안정적인 자기 특성을 유도할 수 있다고 언급했습니다. Hu와 Hong[32]은 포스포렌에 있는 금속 원자의 자기적 특성을 입증하기 위해 첫 번째 원리 계산을 사용했습니다. 그들은 표면에 Cr, Fe, Co 또는 Au 원자를 흡착하여 포스포렌에서 자성을 얻을 수 있음을 보여주었습니다. 또한, 그들은 Fe-phosphorene 흡착 시스템이 유망한 희석 자기 반도체 재료가 될 것이라고 예측했습니다. 따라서 흑색 포스포렌에 대한 전이 금속(TM)의 흡착은 재료의 자기 특성을 효과적으로 조정할 것으로 예상할 수 있습니다.

위의 조사에서 흑색 포스포렌에 대한 전이 금속의 흡착 거동을 연구했지만 일부 문제는 해결되지 않은 채로 남아 있습니다. 예를 들어, 이전 연구는 주로 포스포렌에 흡착된 3d TM의 특성에 중점을 두었습니다. 4d 및 5d TM은 어떻게 포스포렌의 특성을 엔지니어링합니까? 또한 포스포렌에 흡수된 귀금속도 단일 원자 촉매로 사용할 수 있습니다. Li et al. [33]은 Au가 흡착된 silicene이 CO 산화에 대한 촉매 에너지 장벽이 낮은 고활성 촉매가 될 수 있다고 제안했습니다. 포스포렌에 흡수된 귀금속도 CO 산화에 좋은 후보가 될 수 있습니까? 이러한 질문에 답하기 위해 우리는 이 논문에서 블랙 포스포렌에 흡착된 12가지 다른 유형의 전이 금속 원자의 구조적, 자기적 및 전자적 특성에 대한 상세한 제1원리 연구 결과를 제시합니다. 우리는 벌크상의 강자성 금속인 Fe, Co 및 Ni 원소를 선택했습니다. 반자성인 Cu 원소; 및 CO의 산화에 매우 효과적인 귀금속 Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt 및 Au [19, 34,35,36,37,38,39,40,41,42 ,43,44,45]. 우리는 포스포렌이 모든 12개 금속과 강한 결합을 형성하고 모든 TM-포스포렌 시스템이 다소 견고하다는 것을 발견했습니다. 포스포렌의 전자적 및 자기적 특성은 원자에 의해 효과적으로 조정될 수 있습니다. 또한, 우리는 또한 대부분의 TM-포스포렌 흡착 시스템이 CO 산화에서 촉매에 대한 좋은 후보임을 발견했습니다. 이 조사 결과는 포스포렌의 기초 연구에 사용될 수 있으며 많은 중요한 분야에서 잠재적인 응용을 확장할 수 있습니다. .

방법/실험

우리의 계산은 스핀 편극 밀도 기능 이론(DFT)을 기반으로 했으며 VASP(Vienna Ab Initio Simulation Package)[46, 47]와 Perdew-Burke-Ernzerhof( PBE) 기능 [48,49,50]. 반 데르 발스 상호작용을 계산하기 위해 Grimme[51]의 DFT-D3 방법이 사용되었습니다. 평면파 기준 세트로 400eV의 에너지 차단이 사용되었습니다. 계산에서 원자는 총 에너지가 1 × 10 −5 으로 수렴될 때까지 이완되었습니다. eV 및 각 원자의 잔류력은 0.01eV/Å 미만이었습니다. 인접한 단위 셀 간의 상호 작용을 피하기 위해 지그재그 및 안락 의자 방향을 따라 큰 슈퍼 셀(4 × 3)이 사용되었습니다. 격자 상수는 a로 설정되었습니다. =13.20Å 및 b =13.74 Å. z에 20Å의 진공 공간을 적용했습니다. 인접한 층간 상호 작용을 최소화하는 방향. 최적화하는 동안 Monkhorst-Pack [52] k -3 × 3 × 1의 포인트 그리드를 채택하였으며, a k -총 에너지 계산에는 7 × 7 × 1의 포인트 그리드가 사용되었습니다.

결과 및 토론

우리는 먼저 깨끗한 포스포렌의 구조적 특성을 탐구했습니다. 그림 1a는 결정 구조의 평면도와 측면도를 보여줍니다. 포스포렌 단층은 2개의 원자면으로 구성되어 있고, 포스포렌의 단위 셀은 4개의 P 원자로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 포스포렌 단층은 평형 격자 상수 a를 갖는 정방 격자를 가지고 있습니다. =3.30 Å 및 b =4.58 Å. 수평 방향의 P–P 결합 길이(l 1 )는 2.22Å이고 다른 방향의 길이(l 2 )는 2.26Å입니다. 원시 포스포렌은 0.89eV의 직접적인 밴드갭을 가지며(그림 1b) 전도대 최소값(CBM)과 원자가 대역 최대값(VBM)이 모두 Г 지점에 있습니다. 우리가 구한 격자상수와 밴드갭은 선행 연구에서 구한 값과 매우 일치한다[30,31,32,53].

<그림>

아 깨끗한 포스포렌(4 × 3 × 1 슈퍼셀)의 결정 구조의 평면도와 측면도. 파란색 원은 중공 지점(H), 두 인 원자 사이의 브리지(B) 및 인 원자(T) 상단에 흡착된 불순물 원자의 일반적인 위치를 나타냅니다. ㄴ 전자 밴드 구조와 깨끗한 포스포렌의 첫 번째 브릴루앙 구역; 페르미 레벨이 0으로 설정됨

전형적인 adatom은 항상 3개의 위치 중 하나에서 흡착됩니다:속이 빈 부위(H) 위, 두 인 원자 사이의 다리(B) 및 인 원자 위(T). 우리는 다음 관계를 사용하여 흡착 시스템의 안정성을 조사하기 위해 포스포렌에 있는 adatom의 흡착 에너지를 계산했습니다.

$$ {E}_{\mathrm{ad}}=\left({E}_{\mathrm{TM}}+{E}_{\mathrm{포스포렌}}\right)-{E}_{\ mathrm{TM}-\mathrm{포스포렌}} $$ (1)

여기서 E TM 고립된 금속 원자의 에너지, E 포스포렌 는 깨끗한 포스포렌 층의 총 에너지이고, E TM-포스포렌 는 흡착 시스템의 총 에너지입니다. 이 방정식에 따르면 흡착 에너지가 클수록 구조가 더 안정적임을 나타냅니다. 우리는 우리 연구에서 연구된 모든 금속 원자가 포스포렌의 H 자리에 머무르는 것을 선호한다는 것을 발견했습니다. 표 1에 표시된 포스포렌의 H 부위에 흡착된 금속 원자의 계산된 흡착 에너지는 2~6eV입니다. TM-포스포렌의 결합 길이(d TM-P )는 2.11~2.43Å 범위에서 짧은 것으로 나타났습니다. 베이더 전하 분석[54,55,56]은 0.16, 0.16, 0.07, 0.17, 0.32, 0.33 및 0.16|e| Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt 및 Au 금속 원자에서 각각 (4d-TM)-포스포렌 및 (5d-TM)-포스포렌 흡착 시스템에서 포스포렌으로 전달됩니다. 이 모든 결과는 TM 원자와 포스포렌 사이의 화학 결합 형성을 나타냅니다. 또한 이러한 결과는 최근 연구[30,31,32]에 가깝습니다.

표 1과 같이 Ni-, Cu-, Ru-, Rh-, Pd-, Ag-, Os-, Ir-, Pt-phosphorene 계는 비자성 상태를 나타내는 반면 Fe-, Co-, Au -포스포렌 시스템의 자기 모멘트는 2, 1 및 0.96 μ입니다. 나 , 각각. 스핀 극성 전하 밀도(ρ =ρ 스핀업 − ρ 스핀다운 )는 자기 TM-포스포렌 흡착 시스템에서 자기의 기원과 분포를 탐색하기 위해 그림 2에도 나와 있습니다. 이러한 각 경우의 자기 모멘트는 주로 원자에서 발생하며 가장 가까운 이웃에서 발생하는 작은 자기 모멘트와 함께 발생합니다. 또한 Fe-, Co- 및 Au-phosphorene 시스템의 계산된 밴드 구조가 그림 2에 나와 있습니다. 이러한 시스템은 모두 밴드갭이 각각 0.38, 0.22, 0.06eV인 자기 반도체임을 알 수 있습니다. 스핀트로닉 애플리케이션에 유용합니다.

<그림>

a의 스핀 밀도 Fe-포스포렌, b 코포스포렌, c Au-포스포렌 시스템은 맨 위 행에 표시됩니다. 각 시스템의 해당 밴드 구조는 맨 아래 행에 표시됩니다. 검은색과 빨간색 구체는 각각 P 및 TM 원자를 나타냅니다. 맨 위 행에서 전하 밀도 등표면 값이 0.002e/Å 3 인 스핀 극성 전하 밀도 플롯 각각의 TM-포스포렌 시스템에 대한 깨끗한 포스포렌의 결정 구조의 평면도와 측면도가 겹쳐져 있습니다. 노란색 및 시안색 영역은 각각 위쪽 및 아래쪽 스핀에 해당합니다. 밴드 구조 플롯(하단 행)에서 검은색 선과 빨간색 선은 각각 스핀업 및 스핀다운 채널을 나타냅니다. 페르미 레벨은 0으로 설정되고 회색 점선으로 표시됩니다.

다음으로 O2의 흡착 거동을 연구했습니다. TM-포스포렌 시스템의 TM 원자 위에 있습니다. O2 흡착을 위한 두 가지 일반적인 에너지 최저 구성 TM-포스포렌 시스템에서 (O2 -(TM-phosphorene))는 그림 3에 나와 있습니다. O2의 경우 -(Fe-포스포렌), O2 -(공-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Pd-포스포렌) 및 O2 -(Pt-포스포렌) 시스템, O2 분자는 각각 1.84Å, 1.86Å, 2.04Å, 2.18Å, 2.05Å의 O-P 결합 길이를 갖는 포스포렌의 지그재그 방향과 평행합니다(그림 3a). O2의 경우 -(Ni-포스포렌), O2 -(Ru-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌), O2 -(Os-포스포렌), O2 -(Ir-포스포렌) 및 O2 -(Au-phosphorene) 시스템에서 분자는 표면에서 특정 각도로 포스포렌의 지그재그 방향(그림 3b)을 따릅니다. 한편, TM 원자 주위에 인접한 두 개의 O 원자는 동등하지 않습니다. 결과는 표 2에 나와 있습니다. 흡착 에너지(E 광고 ) / O2 O2에서 -(TM-포스포렌) 시스템은 다음과 같이 계산되었습니다.

$$ {E}_{\mathrm{ad}}={E}_{\mathrm{TM}-\mathrm{포스포렌}}+{E}_{{\mathrm{O}}^2}-{E }_{{\mathrm{O}}^2-\mathrm{TM}-\mathrm{포스포렌}} $$ (2)

여기서 \( {E}_{{\mathrm{O}}^2-\mathrm{TM}-\mathrm{포스포렌}} \), E TM-포스포렌 , 및 \( {E}_{{\mathrm{O}}^2} \)는 O2의 총 에너지입니다. -(TM-포스포렌) 시스템, TM-포스포렌 시스템 및 O2 분자. 표 2에 나타난 바와 같이 흡착 에너지는 2.659, 1.850, 0.970, 0.906, 2.402, 1.548, 0.001, 0.786, 3.109, 1.980, 0.416 및 1.0에 대한 O-sub2입니다. -(Fe-포스포렌), O2 -(공-포스포렌), O2 -(Ni-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Ru-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Pd-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌), O2 -(Os-포스포렌), O2 -(Ir-포스포렌), O2 -(Pt-포스포렌) 및 O2 -(Au-포스포렌) 시스템, 각각. O2를 제외한 모든 경우에 큰 흡착 에너지 -(Pd-포스포렌) 시스템은 O2임을 나타냅니다. 화학 흡착되어 있습니다.

<그림>

O2의 일반적인 흡착 부위의 평면도 및 측면도 TM-phosphorene 분자. 검은색, 분홍색 및 노란색 구체는 각각 P, TM 및 O 원자를 나타냅니다.

O-O 결합의 신장은 CO 산화에서 촉매의 Langmuir-Hinshelwood 및 Eley-Rideal 메커니즘 모두에 중요하다는 것이 상당히 알려져 있습니다[57]. 일반적으로 O-O 결합 길이가 길수록 촉매 반응이 쉬워집니다. 각 시스템의 O–O 및 TM–O 결합 길이도 표 2에 나와 있습니다. 분명히 O–O 결합은 깨끗한 O2에 대해 1.23Å에서 증가합니다. 흡착된 분자에 대해 분자를 각각 1.38, 1.36, 1.32, 1.35, 1.40, 1.34, 1.32, 1.30, 1.46, 1.39, 1.40 및 1.32Å으로, 아마도 O2 때문일 수 있습니다. 전자 수용체이다. 또한, 대부분의 O2에서 TM-O의 결합 길이 -(TM-phosphorene) 시스템은 O2 간의 상호 작용으로 인해 짧습니다. 및 TM 원자. 이 결합 길이는 1.84~2.19Å로 다양하며 화학 결합이 형성됩니다. 특히, O-O 결합은 흡착된 O2에서 계 중 가장 높은 값인 1.40Å으로 늘어납니다. Pt-phosphorene 시스템의 분자. 따라서 Pt-phosphorene 시스템은 높은 촉매 능력을 갖기 때문에 CO 산화 촉매로 매우 적합합니다.

이러한 시스템의 높은 활동에 대한 기본 메커니즘에 대한 더 많은 통찰력을 얻기 위해 O2를 선택했습니다. -(Pt-포스포렌)을 예로 들며 그 국부적 상태 밀도(LDS)를 조사했습니다. 그림 4a는 Pt-포스포렌 시스템에서 Pt의 d 오비탈, O2에서 Pt의 d 오비탈에 투영된 LDOS를 보여줍니다. -(Pt-포스포렌) 시스템, O2의 O-O 결합 -(Pt-포스포렌) 시스템 및 기체상 O2 . 그림 4a의 상단 패널에서 E에서 하나의 피크를 볼 수 있습니다. F − 0.6 eV, Pt-포스포렌 시스템에서 Pt의 부분적으로 점유된 d 오비탈에서 비롯됩니다. 이러한 상태는 Pt-포스포렌 시스템의 높은 활성에 대한 책임이 있습니다. O2 흡착 후 분자, 페르미 준위 아래 Pt의 d 오비탈에 투영된 LDOS는 O2 흡착 후 하향 이동합니다. 전하 이동으로 인해 분자가 증가하고 페르미 준위 이상의 상태도 상당히 증가합니다. 한편, 흡착된 O2에 투영된 LDOS 분자는 O2 2π * 궤도(최저 비점유 분자 궤도, LUMO)가 부분적으로 점유되고 있으며, 이는 E의 기체 값에서 하향 이동되었습니다. F + 2eV에서 E로 F − 0.1eV. 설명을 위해 O2의 전하 밀도 차이 -(Pt-phosphorene) 시스템도 제시됩니다.

<그림>

아 Pt 및 O2의 국부 상태 밀도(LDS) Pt-포스포렌 및 O2 분자 -Pt-포스포렌 시스템 및 기체상 O2 , 각각. ㄴ O2의 전하 밀도 차이 -(Pt-포스포렌) 시스템; 노란색 영역(즉, + 0.002 e/Å 3 ) 및 시안 영역(즉, − 0.002 e/Å 3 )는 각각 전자 밀도의 증가 및 손실에 해당합니다.

전하 밀도 차이는 다음과 같이 정의됩니다.

$$ {\varDelta}_{\rho }={\rho}_T-{\rho}_{\mathrm{분자}}-{\rho}_{\mathrm{흡수}} $$ (3)

여기서 ρ T , ρ 분자 , 및 ρ 흡수 O2의 총 요금입니다. -(Pt-포스포렌) 시스템, O2 분자 및 Pt-포스포렌 시스템. 그림 4b와 같이 O2에 국한된 큰 노란색 영역 분자는 Pt-포스포렌에서 O2로 상당한 전자 이동이 있음을 나타냅니다. , 이는 또한 O2 사이의 강력한 궤도 혼성화를 나타냅니다. 및 Pt-포스포렌 시스템. Bader 전하 분석에 따르면 [54,55,56], 0.19|e| Pt-phosphorene 시스템에서 O2로 전송됩니다. 분자. 따라서 큰 전하 이동은 O2의 반결합 상태를 채웁니다. 분자는 O-O 결합을 현저하게 약화시킵니다. 유사하게, 다른 시스템의 높은 활동의 기본 메커니즘은 O2 간의 전하 이동에 의해 이해될 수도 있습니다. 분자 및 TM-포스포렌 시스템. 실제로, Bader 전하 분석[54,55,56]은 − 0.68, − 0.50, − 0.42, − 0.52, − 0.52, − 0.46, − 0.24, − 0.24, − 0.24의 전하를 나타냈다. − 0.09|e| TM-phosphorene에서 O2의 산소 분자로 전달됩니다. -(Fe-포스포렌), O2 -(공-포스포렌), O2 -(Ni-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Ru-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Pd-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌), O2 -(Os-포스포렌), O2 -(Ir-포스포렌), O2 -(Pt-포스포렌) 및 O2 -(Au-phosphorene) 시스템, 각각.

마지막으로 O2의 자기적 특성을 연구했습니다. -(TM-포스포렌) 시스템. O2의 자기 모멘트 -(TM-포스포렌) 시스템은 표 3에 나와 있습니다. O2 -(Ni-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌) 및 O2 -(Ir-포스포렌) 시스템의 자기 모멘트는 2.00, 1.00, 1.00, 1.14 및 1.00 μ입니다. 나 , 각각 상자성 O2의 흡착으로 인해 발생합니다. 분자. 이들 O2의 스핀 극성 전하 밀도 -(TM-phosphorene) 시스템은 그림 5에 표시됩니다. O2의 경우 -(Fe-포스포렌) 및 O2 -(Co-phosphorene) 시스템에서 자기 모멘트는 주로 전이 금속 원자와 O2에서 발생하는 것으로 믿어집니다. 분자. 반대로 O2의 경우 -(Ni-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌), O2 -(Ir-포스포렌) 및 O2 -(Au-phosphorene) 시스템, 자기 모멘트는 주로 O2에서 옵니다. 분자. 이러한 가설은 표 3에 표시된 결과와 일치합니다. 기체 분자의 흡착이 O2의 전자 구조에 미치는 영향을 더 잘 이해하기 위해 -(TM-phosphorene) 시스템에서 각 시스템의 전자 밴드 구조를 계산하여 그 결과를 그림 5에 나타내었다. 먼저, 페르미 준위(E F ) O2 흡착 후 모든 시스템의 분자, 주로 O2 분자. O2의 경우 -(Fe-포스포렌), O2 -(공-포스포렌), O2 -(Ni-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Ir-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌) 및 O2 -(Au-phosphorene) 시스템, 스핀 업 및 스핀 다운 분할 채널은 자기 특성을 나타냅니다. O2 -(Fe-포스포렌), O2 - (Ni-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Ir-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌) 및 O2 -(Au-포스포렌)은 O2를 제외하고 상당한 밴드갭과 함께 자기 반도체 거동을 나타냅니다. -(Co-phosphorene) 시스템은 반금속으로 밝혀졌습니다. 이러한 결과는 시스템이 포스포렌 기반 스핀트로닉스에 적용할 가능성이 있음을 시사합니다.

<그림>

a의 스핀 밀도 O2 -(Fe-포스포렌), b O2 -(공-포스포렌), c O2 -(Ni-포스포렌), d O2 -(Cu-포스포렌), e O2 -(Ir-포스포렌), f O2 -(Rh-포스포렌), g O2 -(Ag-포스포렌) 및 h O2 -(Au-포스포렌) 시스템은 맨 위 행에 표시됩니다. 각 시스템의 해당 밴드 구조는 맨 아래 행에 표시됩니다. 맨 위 행에서 전하 밀도 등표면 값이 0.002e/Å 3 인 스핀 극성 전하 밀도 플롯 깨끗한 포스포렌의 결정 구조의 평면도와 측면도에 겹쳐져 있습니다. 노란색 및 시안색 영역은 각각 위쪽 및 아래쪽 스핀에 해당합니다. 밴드 구조의 플롯에서 검은색과 빨간색 선은 각각 스핀업 및 스핀다운 채널을 나타냅니다. 페르미 레벨은 0으로 설정되고 회색 점선으로 표시됩니다.

결론

우리는 서로 다른 TM-phosphorene 시스템의 구조적, 전자적, 자기적 특성을 조사했습니다. 모든 adatom은 포스포렌의 빈 자리를 선호하는 것으로 밝혀졌습니다. 상당한 흡착 에너지는 모든 TM-포스포렌 흡착 시스템이 다소 견고함을 나타내며, 이는 포스포렌이 모든 12가지 유형의 TM 원자와 강한 결합을 형성함을 나타냅니다. 또한 Fe, Co 및 Au로 도핑하면 단층 포스포렌에서 자기 반도체 특성이 나타날 수 있으며 총 자기 모멘트는 2, 1 및 0.96 μ입니다. 나 , 각각.

또한 O2 TM-phosphorene 시스템에 흡착된 분자. 모든 O2 -(TM-포스포렌) 시스템(O2 제외) -(Pd-phosphorene), O-O 결합의 연장으로 인해 CO 산화에 대한 우수한 촉매 활성을 나타냅니다. O2 -(Fe-포스포렌), O2 -(Ni-포스포렌), O2 -(Cu-포스포렌), O2 -(Rh-포스포렌), O2 -(Ag-포스포렌), O2 -(Ir-포스포렌) 및 O2 -(Au-포스포렌) 시스템은 자기 모멘트가 2.00, 2.00, 1.00, 1.00, 1.14, 1.00, 1.00 μ인 스핀 극성 반도체 특성을 나타냅니다. 나 . O2 -(Co-phosphorene)은 자기 모멘트가 2.00 μ인 자기 반금속 특성을 나타냅니다. 나 . 따라서 우리의 결과는 촉매 및 스핀트로닉스 분야에서 포스포렌을 적용하는 새로운 가능성을 열 수 있습니다.

약어

2D:

2차원

B:

다리

GGA:

일반화된 기울기 근사

H:

빈 사이트

LDS:

지역 밀도

PBE:

Perdew-Burke-Ernzerh

T:

인 원자의 상단

TM:

전이 금속


나노물질

  • 금속
  • 수지
  • 섬유
  • 복합재료
  • 나노물질
  • 고분자 재료
  • 생물학
  • 물든 색
  • 향료
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