汤怒江教授、都有为院士团队在《Advanced Materials》发表窄化原子级二维氮化碳带隙的研究进展

汤怒江教授、都有为院士团队在《Advanced Materials》发表窄化原子级二维氮化碳带隙的研究进展

我校物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省纳米技术重点实验室的汤怒江教授/都有为院士课题组在二维原子级厚度的氮化碳的窄化带隙研究中取得进展。

原子级厚度的二维氮化碳是一种类石墨烯的二维碳基材料,因具有3.06 eV的本征带隙而比零带隙的石墨烯在半导体应用方面具有更大的潜能。但过宽的带隙也使得该材料的许多半导体器件应用受到了限制。由于较差的热稳定性又使得传统碳基材料中的、通过热退火掺杂异质原子调节带隙的途径变得不可行,这使得窄化该材料的带隙一直都是一个挑战。

该团队前期首创了低维碳材料的超掺杂技术,即首先对低维碳材料进行氟化后再进行热退氟处理,利用退氟带走碳原子而产生的碳空位实现了轻质元素的超掺杂,并最终实现了近室温铁磁性的氮超掺杂石墨烯(Nature Communications 7,10921,2016)。该团队借助于该氟化热退氟工艺,通过先轻度氟化氮化碳[F/(C+N)%=2.04%]后再热退氟处理后发现:热退氟后能在原子级二维碳氮中引入少量的氰基,其带隙从3.06 eV能有效窄化到2.86 eV。该团队通过理论计算证实:氰基的引入能有效窄化其带隙,并改变其表面的电荷分布。最后,该团队演示了氟化退氟使得该材料的见光光催化产氢性能从262.43显著提升到3809.6 mmol h-1g-1的应用实例。该成果以Increasing solar absorption of atomically thin 2D carbon nitride sheets for enhanced visible-light photocatalysis为题发表在(Advanced Materials 31, 18075402019)上。物理学院2017级博士生王勇为论文第一作者,汤怒江教授和中国科学院金属所刘岗研究员为论文共同通讯作者。以上研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、科学院、南京大学“双一流建设”课题等的资助。