侯清玉教授团队在点缺陷(Hi-VAl)对单层AlN：Be/Mg/Ca磁性和光催化性能影响方面有新发现

近日，我校侯清玉教授团队在单层AlN光催化性能研究中取得新进展，研究发现，单层Al₃₄H_iMN₃₆更适合被用作光催化剂。

侯清玉教授团队（后排右二为侯清玉教授，后排左一为文章第一作者张彦霞）

模型 (a) AlN 原胞； (b) 单层 AlN 原胞； (c) 单层 AlN 超胞； (d) 单层 Al₃₅H_iN₃₆ 和 Al₃₄H_iMN₃₆ (M = Be, Mg, Ca)。图中1、2、3表示M(Be、Mg、Ca)和V_Al的相对位置

单层AlN因其原料丰富、易合成、稳定性高、易改性等特点，引起许多学者的关注。现有报道中关于点缺陷对单层AlN磁光性质的影响均疏忽了H_i的存在。其次，AlN本身也存在VAl，单独的VAl形成能较高，容易和杂质H形成缺陷复合体。掺入Be/Mg/Ca元素后，由于d0 铁磁性的掺杂原子是非磁性的，体系产生磁性是本征的，因而没有第二磁性相存在。且二维材料与三维块体材料相比，表面积相对更大，载流子的迁移距离相对更短，迁移率相对大、电子-空穴不易复合，可以提高空位活性，促进光催化过程中载流子分离，因而更具研究价值。

基于上述考虑，侯清玉教授团队通过第一性原理计算方法，系统研究了点缺陷(Hi-VAl)对单层AlN：Be/Mg/Ca磁性和光催化性能的影响，从态密度和能带的计算表明，所有含杂质体系均为直接带隙半导体。同时发现，单层Al₃₄H_iMN₃₆体系满足杂质能级与费米能级重合或在其附近有利于陷阱作用，电子与空穴不易复合，载流子寿命相对最长。

所有体系能带结构分布图

研究人员计算了所有体系的有效质量比值以及电偶极矩，结果表明，单层Al₃₄H_iMN₃₆的空穴和电子最不易复合，载流子寿命相对最长、活性最好。通过带边位置计算表明，与单层AlN相比，单层Al₃₄H_iMN₃₆的还原性和氧化性最强，带边位置变化较大，说明有效改善了单层AlN的氧化还原性。这对分解水制氧和制氢均有利。此研究对设计和制备新型单层Al34HiBeN36光催化剂有一定的理论参考价值，且对半导体物理或材料物理学科的发展提供了一定的理论支撑。

所有体系带边位置图

相关研究以“First-principles study of the effect of point defects (Hi-VAl) on the magnetic and photocatalytic properties of monolayer AlN: Be/Mg/Ca) ”为题，于8月11日在线发表于期刊《Applied Surface Science》 (一区，IF：7.392) 上。侯清玉教授为该文章通讯作者，材料科学与工程学院2021级博士研究生张彦霞为第一作者，内蒙古工业大学材料科学与工程学院为第一完成单位。

文章截图

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154506

文字、摄影：材料科学与工程学院