重要突破 獲得帶隙可調(diào)控的二維層狀鍺硅烷

隨著工業(yè)社會(huì)發(fā)展，“溫室效應(yīng)”成為了人類面臨的重大環(huán)境挑戰(zhàn)。

眾所周知，因化石燃料燃燒排放的二氧化碳是形成“溫室效應(yīng)”的罪魁禍?zhǔn)住ｋS著大氣中二氧化碳濃度不斷升高，全球氣溫逐漸變暖，災(zāi)害性天氣逐年增加。如何高效制取氫氣等綠色能源、如何實(shí)現(xiàn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化利用成為了全球科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

“光催化技術(shù)”因其穩(wěn)定、高效、清潔的特性，正在得到學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注和認(rèn)可。這是一種環(huán)境友好型的凈化技術(shù)，其原理是基于光催化劑在光照條件下的氧化還原能力，達(dá)到凈化污染物、物質(zhì)合成和轉(zhuǎn)化等目的。其中，光催化劑性能是光催化技術(shù)的核心，該性能的高效與否，決定了催化反應(yīng)的效能。

近日，天津大學(xué)封偉教授團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體二維原子晶體的可控制備和帶隙調(diào)控研究上取得重要突破：采用 -H/-OH 封端二元鍺硅烯，首次獲得了具有帶隙可調(diào)控的二維層狀鍺硅烷。目前，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》。

據(jù)悉，封偉團(tuán)隊(duì)通過對(duì) CaGe2 進(jìn)行 Si 摻雜，制備了具有精確配比的 Ca（Ge1-xSix）2（x = 0.1-0.9）合金，通過拓?fù)洳鍖臃磻?yīng)實(shí)現(xiàn)了 -H/-OH 封端，獲得了具有一系列不同摻雜比例的蜂窩狀二維鍺硅烷合金。晶體結(jié)構(gòu)模型的理論計(jì)算結(jié)果表明二維鍺硅烷為直接帶隙半導(dǎo)體材料，其帶隙類型不依賴于層數(shù)和 Si 摻雜的比例。

二維鍺硅烷兼具可調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)、寬光譜（從紫外區(qū)到可見光區(qū)）響應(yīng)和優(yōu)異的光催化性能，是未來制備納米光電器件的理想材料之一。該研究首次實(shí)現(xiàn)了摻雜精確調(diào)控鍺硅類 IVA 族二維原子晶體半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，將為未來新型半導(dǎo)體二維原子晶體材料的合成、設(shè)計(jì)、電子結(jié)構(gòu)調(diào)控以及光電性能提升提供重要的材料基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。