Robust indirect band gap and anisotropy of optical absorption in B-doped phosphorene

文献情報

出版日 2017-11-13
DOI 10.1039/C7CP05404A
インパクトファクター 3.676
著者

Zhi-Feng Wu, Peng-Fei Gao, Lei Guo, Jun Kang, Dang-Qi Fang, Yang Zhang, Ming-Gang Xia, Sheng-Li Zhang, Yu-Hua Wen


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要旨

A traditional doping technique plays an important role in the band structure engineering of two-dimensional nanostructures. Since electron interaction is changed by doping, the optical and electrochemical properties could also be significantly tuned. In this study, density functional theory calculations have been employed to explore the structural stability, and electronic and optical properties of B-doped phosphorene. The results show that all B-doped phosphorenes are stable with a relatively low binding energy. Of particular interest is that these B-doped systems exhibit an indirect band gap, which is distinct from the direct one of pure phosphorene. Despite the different concentrations and configurations of B dopants, such indirect band gaps are robust. The screened hybrid density functional HSE06 predicts that the band gap of B-doped phosphorene is slightly smaller than that of pure phosphorene. Spatial charge distributions at the valence band maximum (VBM) and the conduction band minimum (CBM) are analyzed to understand the features of an indirect band gap. By comparison with pure phosphorene, B-doped phosphorenes exhibit strong anisotropy and intensity of optical absorption. Moreover, B dopants could enhance the stability of Li adsorption on phosphorene with less sacrifice of the Li diffusion rate. Our results suggest that B-doping is an effective way of tuning the band gap, enhancing the intensity of optical absorption and improving the performances of Li adsorption, which could promote potential applications in novel optical devices and lithium-ion batteries.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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