Published December 23, 2022
| Version v1
Publication
Open
Theoretical prediction of two-dimensional BC2X (X = N, P, As) monolayers: ab initio investigations
Creators
- 1. Amirkabir University of Technology
- 2. University of Calgary
- 3. TOBB University of Economics and Technology
- 4. Benha University
- 5. Duy Tan University
- 6. University of Babylon
- 7. Sungkyunkwan University
- 8. Linköping University
Description
In this work, novel two-dimensional BC[Formula: see text]X (X = N, P, As) monolayers with X atoms out of the B-C plane, are predicted by means of the density functional theory. The structural, electronic, optical, photocatalytic and thermoelectric properties of the BC[Formula: see text]X monolayers have been investigated. Stability evaluation of the BC[Formula: see text]X single-layers is carried out by phonon dispersion, ab-initio molecular dynamics (AIMD) simulation, elastic stability, and cohesive energies study. The mechanical properties reveal all monolayers considered are stable and have brittle nature. The band structure calculations using the HSE06 functional reveal that the BC[Formula: see text]N, BC[Formula: see text]P and BC[Formula: see text]As are semiconducting monolayers with indirect bandgaps of 2.68 eV, 1.77 eV and 1.21 eV, respectively. The absorption spectra demonstrate large absorption coefficients of the BC[Formula: see text]X monolayers in the ultraviolet range of electromagnetic spectrum. Furthermore, we disclose the BC[Formula: see text]N and BC[Formula: see text]P monolayers are potentially good candidates for photocatalytic water splitting. The electrical conductivity of BC[Formula: see text]X is very small and slightly increases by raising the temperature. Electron doping may yield greater electric productivity of the studied monolayers than hole doping, as indicated by the larger power factor in the n-doped region compared to the p-type region. These results suggest that BC[Formula: see text]X (X = N, P, As) monolayers represent a new promising class of 2DMs for electronic, optical and energy conversion systems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في هذا العمل، يتم التنبؤ بطبقات أحادية جديدة ثنائية الأبعاد BC[الصيغة: انظر النص]X (X = N، P، As) مع ذرات X خارج المستوى B - C، عن طريق النظرية الوظيفية للكثافة. تم التحقيق في الخصائص الهيكلية والإلكترونية والبصرية والتحفيزية الضوئية والكهربائية الحرارية للطبقات الأحادية BC[الصيغة: انظر النص]X. يتم إجراء تقييم الاستقرار للطبقات الأحادية BC[الصيغة: انظر النص]X عن طريق تشتت الفونون، ومحاكاة الديناميكيات الجزيئية (AIMD)، والاستقرار المرن، ودراسة الطاقات المتماسكة. تكشف الخواص الميكانيكية أن جميع الطبقات الأحادية التي تعتبر مستقرة وذات طبيعة هشة. تكشف حسابات بنية النطاق باستخدام وظيفة HSE06 أن BC[الصيغة: انظر النص]N و BC[الصيغة: انظر النص]P و BC[الصيغة: انظر النص]وكذلك الطبقات الأحادية شبه الموصلة مع فجوات نطاق غير مباشرة تبلغ 2.68 eV و 1.77 eV و 1.21 eV على التوالي. تُظهر أطياف الامتصاص معاملات امتصاص كبيرة للطبقات الأحادية BC[الصيغة: انظر النص]X في النطاق فوق البنفسجي للطيف الكهرومغناطيسي. علاوة على ذلك، نكشف عن BC[الصيغة: انظر النص]N و BC[الصيغة: انظر النص] من المحتمل أن تكون الطبقات الأحادية P مرشحة جيدة لتقسيم المياه بالتحفيز الضوئي. الموصلية الكهربائية لـ BC[الصيغة: انظر النص]X صغيرة جدًا وتزداد قليلاً عن طريق رفع درجة الحرارة. قد ينتج عن منشطات الإلكترون إنتاجية كهربائية أكبر للطبقات الأحادية المدروسة من منشطات الثقب، كما يتضح من عامل القدرة الأكبر في منطقة n - doped مقارنة بمنطقة p - type. تشير هذه النتائج إلى أن الطبقات الأحادية BC[الصيغة: انظر النص]X (X = N، P، As) تمثل فئة واعدة جديدة من 2DMs للأنظمة الإلكترونية والبصرية وأنظمة تحويل الطاقة.Translated Description (French)
Dans ce travail, de nouvelles monocouches bidimensionnelles BC[Formule : voir texte]X (X = N, P, As) avec X atomes hors du plan B-C, sont prédites au moyen de la théorie fonctionnelle de la densité. Les propriétés structurales, électroniques, optiques, photocatalytiques et thermoélectriques des monocouches BC[Formule : voir texte]X ont été étudiées. L'évaluation de la stabilité des monocouches BC[Formule : voir texte]X est réalisée par l'étude de la dispersion des phonons, de la simulation de la dynamique moléculaire ab-initio (AIMD), de la stabilité élastique et des énergies cohésives. Les propriétés mécaniques révèlent que toutes les monocouches considérées sont stables et ont un caractère cassant. Les calculs de structure de bande utilisant la fonction HSE06 révèlent que les BC[Formule : voir texte]N, BC[Formule : voir texte]P et BC[Formule : voir texte]Tout comme les monocouches semi-conductrices avec des bandes interdites indirectes de 2,68 eV, 1,77 eV et 1,21 eV, respectivement. Les spectres d'absorption démontrent des coefficients d'absorption importants des monocouches BC[Formule : voir texte]X dans la gamme ultraviolette du spectre électromagnétique. En outre, nous divulguons les monocouches BC[Formule : voir texte]N et BC[Formule : voir texte]P qui sont potentiellement de bons candidats pour le fractionnement photocatalytique de l'eau. La conductivité électrique de BC[Formule : voir texte]X est très faible et augmente légèrement en augmentant la température. Le dopage électronique peut donner une plus grande productivité électrique des monocouches étudiées que le dopage par trous, comme indiqué par le facteur de puissance plus important dans la région dopée n par rapport à la région de type p. Ces résultats suggèrent que les monocouches BC[Formule : voir texte]X (X = N, P, As) représentent une nouvelle classe prometteuse de 2DM pour les systèmes de conversion électronique, optique et énergétique.Translated Description (Spanish)
En este trabajo, las nuevas monocapas bidimensionales BC[Fórmula: ver texto]X (X = N, P, As) con átomos X fuera del plano B-C, se predicen por medio de la teoría funcional de la densidad. Se han investigado las propiedades estructurales, electrónicas, ópticas, fotocatalíticas y termoeléctricas de las monocapas BC[Fórmula: ver texto]X. La evaluación de estabilidad de las BC[Fórmula: ver texto]X monocapas se lleva a cabo mediante dispersión de fonones, simulación de dinámica molecular ab-initio (AIMD), estabilidad elástica y estudio de energías cohesivas. Las propiedades mecánicas revelan que todas las monocapas consideradas son estables y tienen una naturaleza quebradiza. Los cálculos de la estructura de bandas utilizando la función HSE06 revelan que las BC[Fórmula: ver texto]N, BC[Fórmula: ver texto]P y BC[Fórmula: ver texto] son monocapas semiconductoras con brechas de banda indirectas de 2.68 eV, 1.77 eV y 1.21 eV, respectivamente. Los espectros de absorción demuestran grandes coeficientes de absorción de las monocapas BC[Fórmula: ver texto]X en el rango ultravioleta del espectro electromagnético. Además, revelamos que las monocapas BC[Fórmula: ver texto]N y BC[Fórmula: ver texto]P son potencialmente buenas candidatas para la división fotocatalítica del agua. La conductividad eléctrica de BC[Fórmula: ver texto]X es muy pequeña y aumenta ligeramente al elevar la temperatura. El dopaje electrónico puede producir una mayor productividad eléctrica de las monocapas estudiadas que el dopaje de agujero, como lo indica el mayor factor de potencia en la región dopada con n en comparación con la región de tipo p. Estos resultados sugieren que las monocapas BC[Fórmula: ver texto]X (X = N, P, As) representan una nueva clase prometedora de 2DM para sistemas electrónicos, ópticos y de conversión de energía.Files
s41598-022-26805-8.pdf.pdf
Files
(2.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5c592634f3ecc29526d78184cd5e461d
|
2.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التنبؤ النظري للطبقات الأحادية BC2X ثنائية الأبعاد (X = N، P، As): منذ البداية
- Translated title (French)
- Prédiction théorique des monocouches bidimensionnelles BC2X (X = N, P, As) : enquêtes ab initio
- Translated title (Spanish)
- Predicción teórica de monocapas bidimensionales BC2X (X = N, P, As): investigaciones ab initio
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4312181093
- DOI
- 10.1038/s41598-022-26805-8
References
- https://openalex.org/W1858609378
- https://openalex.org/W1917683864
- https://openalex.org/W1979386110
- https://openalex.org/W1981368803
- https://openalex.org/W1984003326
- https://openalex.org/W1984748172
- https://openalex.org/W2003736137
- https://openalex.org/W2011238732
- https://openalex.org/W2022085321
- https://openalex.org/W2028316218
- https://openalex.org/W2032617123
- https://openalex.org/W2036113194
- https://openalex.org/W2050159228
- https://openalex.org/W2054704030
- https://openalex.org/W2058122340
- https://openalex.org/W2073531811
- https://openalex.org/W2079105963
- https://openalex.org/W2083222334
- https://openalex.org/W2085093563
- https://openalex.org/W2087698390
- https://openalex.org/W2090226739
- https://openalex.org/W2092171177
- https://openalex.org/W2098736175
- https://openalex.org/W2259720440
- https://openalex.org/W2419036821
- https://openalex.org/W2544674768
- https://openalex.org/W2587624296
- https://openalex.org/W2621185153
- https://openalex.org/W2754638469
- https://openalex.org/W2755453545
- https://openalex.org/W2768054312
- https://openalex.org/W2778123965
- https://openalex.org/W2788267611
- https://openalex.org/W2795226470
- https://openalex.org/W2894743572
- https://openalex.org/W2900607964
- https://openalex.org/W2904832173
- https://openalex.org/W2909578414
- https://openalex.org/W2909807898
- https://openalex.org/W2959759688
- https://openalex.org/W2970202679
- https://openalex.org/W2990386250
- https://openalex.org/W3001960672
- https://openalex.org/W3007816318
- https://openalex.org/W3023008220
- https://openalex.org/W3029774918
- https://openalex.org/W3082409703
- https://openalex.org/W3084011219
- https://openalex.org/W3090468368
- https://openalex.org/W3104431806
- https://openalex.org/W3105918770
- https://openalex.org/W3115916417
- https://openalex.org/W3151052098
- https://openalex.org/W3155198794
- https://openalex.org/W3157225677
- https://openalex.org/W3163288569