A novel hydrogenated boron–carbon monolayer with high stability and promising carrier mobility

文献情報

出版日 2019-01-03
DOI 10.1039/C8CP06346J
インパクトファクター 3.676
著者

Dong Fan, Shaohua Lu, Chengke Chen, Meiyan Jiang, Xiao Li, Xiaojun Hu


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要旨

Although immense research on the extension of the two-dimensional (2D) material family has been carried out, 2D materials with a satisfactory band gap, high carrier mobility, and outstanding thermodynamic stability under ambient conditions are still limited. In this work, using first principles calculations, we proposed new 2D ternary materials consisting of C, B, and H atoms, namely hexagonal-BCH (h-BCH) and tetragonal-BCH (t-BCH). Both phonon calculations and ab initio molecular dynamics simulations show that these proposed sheets are thermodynamically stable phases. The electronic structure calculations indicate that h-BCH and t-BCH sheets are semiconductors with a band gap of 2.66 and 2.22 eV, respectively. Remarkably, the h-BCH (t-BCH) sheet exhibits electron mobility as high as 7.41 × 103 (1.09 × 103) cm2 V−1 s−1, which is higher than that of the MoS2 monolayer, though the hole mobility is about one (two) order of magnitude lower. Equally important is the fact that the position of both the conduction and valence band edges of the h-BCH sheet matches well with the chemical reaction potential of H2/H+ and O2/H2O, giving a 2D photocatalyst as a potential candidate for overall visible-light-driven water splitting. Therefore, the designed h-BCH and t-BCH monolayers have promising applications in future electronics and photocatalysts.

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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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