可调节带隙、强光吸收性能以及在光金属修饰的硼烯中发生的活性氢演化反应

《physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters》：Strain-Tunable Bandgaps, Strong Light Absorption, and Active Hydrogen Evolution Reaction in Light Metal-Decorated Borophene

二维硼片稳定与性能调控研究揭示铍四硼烷单层材料在光电器件与氢能催化中的潜力。通过群体智能结构搜索和第一性原理计算，发现BeB4三种稳定相：α相为金属，β和γ相为间接半导体，分别具有0.39和1.65 eV带隙。β相可通过双轴应变实现半导体-金属可逆转变，γ相表现出3.80×10^5 cm?1的高可见光吸收系数及负泊松比 auxetic特性，α相则具有近零吉布斯自由能的氢吸附特性。这些特性使BeB4单层成为下一代轻量化、低成本能源转换与光电器件理想材料。

　　

摘要

目前用于稳定二维硼烯片层并补偿硼电子不足的策略主要依赖于过渡金属，但这些金属大多重量较大且成本较高，从而限制了它们的实际应用。相比之下，使用轻金属元素来稳定硼烯的研究还相对较少。本研究表明，轻金属铍（Be）能够有效稳定二维硼烯片层。通过群体智能结构搜索结合第一性原理计算，预测出了三种稳定的铍四硼化物（BeB₄）单层结构：α-、β-和γ-相。α-BeB₄相具有金属性，而β-和γ-BeB₄相则是间接半导体，其带隙分别为0.39和1.65电子伏特。值得注意的是，双轴应变可以可逆地将β-BeB₄从半导体状态转变为金属性状态。此外，γ-BeB₄表现出较高的可见光吸收系数（3.80 × 10⁵ cm^-1）以及负的泊松比，显示出负泊松比效应。特别地，α-BeB₄在氢吸附过程中的吉布斯自由能接近零，表明其具有优异的催化活性，适用于氢气释放反应。这些独特的性质使得BeB₄单层成为下一代能源转换和光电子应用中具有前景、重量轻且成本效益高的候选材料。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。