电场、应力和电荷态对Ti2CO2电子性质调控的理论研究

摘要： MXene是一类具备丰富物理化学性质的新型二维过渡金属碳化物, 在储能、催化、复合材料、发光材料等领域都表现出潜在的应用前景。元素掺杂、结构缺陷、表面功能化、外加电场、外加应力等方法是调节二维材料性能的有效手段。作为厚度最小和最轻的含钛MXene材料, Ti2CO2具有间接半导体特性, 本工作研究外加电场、外加应力和电荷态等条件对Ti2CO2电学性能的调控。结果表明：无缺陷Ti2CO2原胞的带隙随着外加电场的增强而变小。在Ti2CO2体系中, 碳空位较易形成。研究发现拉伸应力可以改变含碳空位体系的导电能力, 费米能级附近的能带随着拉伸应力的增大而逐渐平滑。研究还发现电荷态会改变含碳空位2×2×1 Ti2CO2超胞的能带结构, 随着电荷态的增加, 体系费米能级的位置逐渐降低, 且电荷态为+2时, 含碳空位2×2×1 Ti2CO2超胞表现出半导体特性, 带隙类型转变为直接带隙, 带隙值为0.489 eV。