New Nanoporous Graphyne Monolayer as Nodal Line Semimetal: Double Dirac Points with an Ultrahigh Fermi Velocity
二维碳材料在纳米材料中占有重要地位。我们提出了一种新的碳单分子层，命名为六方-4，4，4-石墨炔（H4，4，4-graphyne），它是由矩形碳环和碳三键组成的纳米多孔结构。利用第一性原理计算，我们系统地研究了这种新材料的结构、稳定性和能带结构。我们发现它的能量比一些实验碳材料的能量低得多，并且至少在1500 K以下是稳定的。与其他二维碳单分子膜的单Dirac点能带结构不同，H4，4，4-石墨炔的能带结构沿高对称点呈现双Dirac点，对应的费米速度（1.04~1.27 * 106 m/s）不对称，且高于石墨烯。这些双狄拉克点的起源可以追溯到节线态，这可以很好地解释了紧束缚模型。当H4，4，4-石墨炔被放置在BN衬底的顶部时形成莫尔超结构，同时保持双狄拉克点。这些性质使得H4，4，4-石墨炔成为一种有前途的半金属材料，用于高速电子器件。
2018-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Sumanene monolayer of pure carbon: a two-dimensional Kagome-analogy lattice with desirable band gap, ultrahigh carrier mobility and strong exciton binding energy
提出二维苏曼烯晶格作为Kagome类比结构，通过第一性原理和GW-BSE计算证明其具有适中带隙、超高载流子迁移率和强激子结合能，有望用于光学器件。
2023-11-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Borophane: Stable Two-dimensional Anisotropic Dirac Material with Ultrahigh Fermi Velocity
最近在基底上合成单层硼化物（三角形硼单层）开启了硼纳米片的时代（Science，350，1513，$\mathbf{2015}$），但是结构稳定性和新颖的物理性质仍然是未解决的问题。在这里，我们证明了硼氢化物可以通过完全表面氢化来稳定，称为borophane，来自第一性原理计算。最有趣的是，它表明borophane具有方向相关的狄拉克锥，这主要是由平面内\emph{p$_{x}$}和\emph{p$_{y}$}轨道的硼原子。狄拉克费米子具有高达3.0 $\times$ 10 $^{6}$ m/s的π费米速度，比石墨烯的π费米速度高4倍。沿两个不同方向的杨氏模量计算为129和200 GPa $\cdot$ nm，这与钢相当。硼钒的高费米速度和高机械性能使其成为纳米电子学应用的理想材料。
2016-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh reversible hydrogen storage in K and Ca decorated 4-6-8 biphenylene sheet
采用密度泛函理论（DFT）和从头算分子动力学（AIMD）方法，对K和Ca修饰的单层联苯片（BPS）的储氢性能进行了预测.我们将各种碱金属和碱土金属，包括Na，Be，Mg，K，Ca，保持在BPS的不同位置，发现K和Ca原子倾向于单独结合在BPS上，而不是形成团簇。发现联苯片的2 × 2 × 1超晶胞可以吸附8个K或8个Ca原子，并且每个K或Ca原子可以吸附5个H $_2$，分别导致11.90%或11.63%的氢吸收，这显著高于DOE-US要求的6.5%。H $_2$在K和Ca修饰的BPS上的平均吸附能分别为-0.24 eV和-0.33 eV，在H $_2$可逆存储的适宜范围内。氢分子在电离的金属原子附近被极化，因此通过静电和范德华相互作用附着在金属原子上。我们估计了H $_2$的脱附温度，发现吸附的H $_2$可用于可逆使用。我们已经发现，一个足够的能量势垒为2.52 eV的钙原子的运动，计算使用爬像轻推弹性带（CI-NEB）方法。该能垒可以防止Ca原子的聚集问题。利用AIMD模拟研究了K和Ca修饰的BPS结构的坚固性。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci
The anisotropic ultrahigh hole mobility in strain-engineering two-dimensional penta-SiC$_2$
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，系统地研究了单层penta-SiC $_2$的应变工程（拉伸和压缩应变）、电子、力学和输运性质.通过施加面内拉伸或压缩应变，很容易调制单层penta-SiC $_2$的电子能带结构，这随后改变载流子的有效质量。此外，所获得的电子性质的预测，从间接半导体金属的变化。更有趣的是，在室温下，单轴应变可以将penta-SiC $_2$沿着特定方向的空穴迁移率提高几乎三个数量级，$i.e.$从2.59 $\times10^3 cm^2/V s$提高到1.14 $\times10^6 cm^2/V s$（大于石墨烯的载流子迁移率，3.5 $\times10^5 cm^2/V s$），而对电子迁移率的影响很小。单层penta-SiC $_2$的高载流子迁移率在高性能电子器件和光电子器件中具有潜在的应用前景
2017-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh carrier mobility, Dirac cone and high stretchability in pyrenyl and pyrazinoquinoxaline graphdiyne/graphyne nanosheets confirmed by first-principles
石墨二炔纳米材料是一种低密度、高孔隙度的碳基二维材料，在电子和能量存储/转换系统中具有突出的应用前景。在两项最新的科学进展中，大面积芘基石墨二炔（Pyr-GDY）和吡嗪并喹喔啉石墨二炔（PQ-GDY）纳米片已经成功制备。作为第一个理论研究，本文中，我们进行第一性原理模拟，探索的稳定性和电子，光学和机械性能的Pyr-GDY，N-Pyr-GDY，PQ-GDY和N-Pyr-GYN单分子膜。我们特别研究了PQ-石墨炔（PQ-GYN）和Pyr-graphyne（Pyr-GYN）单分子膜的固有特性。所获得的结果证实了理想的动态和热稳定性和高的机械强度，这些新的纳米片，由于其强大的共价网络。我们发现，基于Pyr-based晶格可以显示出高的拉伸性。光学结果的分析也证实了Pyr-和PQ-GDY/GYN纳米片在近红外、可见光和紫外光范围内吸附的适用性。值得注意的是，PQ-GDY被发现表现出扭曲的狄拉克锥和高度各向异性的费米速度。第一性原理的结果显示，沿着所考虑的纳米多孔纳米膜，特别是PQ-GYN单层的载流子迁移率预测优于磷烯和二硫化钼。所获得的结果介绍芘基和吡嗪并喹喔啉graphyne/graphyne作为有前途的候选人，设计新型的纳米电子学和能量存储/转换系统。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic properties of a $π$-conjugated Cairo pentagonal lattice: Direct band gap, ultrahigh carrier mobility and slant Dirac cones
完全由五边形组成的二维晶格代表了一种特殊的材料结构，与数学中著名的五边形平铺问题相关，但它们的$π$ -共轭和相关的电子性质从未被报道过。在这里，我们提出了一个紧束缚（TB）模型的二维开罗五边形晶格，并证明$p$ - $d$ $π$ -共轭在独特的框架导致有趣的属性，如固有的直接带隙，超高的载流子迁移率，甚至倾斜狄拉克锥。在第一性原理计算的基础上，我们预测了一种候选材料--由NiP $_2$晶体衍生的2D penta-NiP $_2$单层膜，实现了TB模型的预测。它具有与石墨烯相当的超高载流子迁移率（$\sim$ $10^5-10^6$ $cm^2V^{-1}s^{-1}$）和0.818 eV的本征直接带隙，这是高速电子器件长期以来所期望的。对penta-NiP $_2$单分子膜的稳定性和可能的合成路线进行了讨论。
2018-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Constructing Metallic Nanoroad on MoS2 Monolayer via Hydrogenation
单层过渡金属二硫属化合物最近作为一种新的二维材料家族出现，由于有限带隙的存在，可能适合电子和光电子器件中的众多应用。许多提出的应用需要在这些半导体单层内有效地传输载流子。然而，如何在这些原子级薄的半导体上构建稳定的导电纳米电极仍然是一个挑战。在这里，我们证明，氢化的二硫化钼单层表面诱导的超导体-金属过渡，和带状图案化的氢化能够产生一个导电nanoroad。带隙的闭合是由于形成了以Mo 4d轨道为主的带隙杂化态，以及氢原子向晶格中的电子贡献。弹道电导计算表明，这样的一个nanoroad在二硫化钼表面表现出整数电导，表明小的载流子散射，因此是理想的作为一个导电通道或互连，而不损害单层的机械和结构的完整性。
2013-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Remarkably enhanced Curie temperature in monolayer CrI3 by hydrogen and oxygen adsorption: A first-principles calculations
二维（2D）材料的独特性质及其在后硅微电子学中的应用前景在过去十年中引起了人们的极大关注。最近，在单层CrI3中观察到了具有面外易磁化轴的铁磁有序结构，居里温度为45 K。在这里，我们研究，使用密度泛函理论（DFT）计算，氢和氧的吸附如何影响的CrI3单层的结构，电子和磁性。我们的研究结果表明，虽然氢的吸附几乎保持不变的结构，氧的吸附完全扭曲它。我们还发现，氢和氧原子的吸附显着影响的电子和磁性的单分子膜。当氢淬灭Cr原子的磁矩时，氧在带隙中引入杂质带。有趣的是，我们发现完全加氢可以大大提高居里温度，而O的结果却没有定论。这一结果表明，一个简单而有效的方法来操纵自旋电子学应用的二维磁体的电子和磁性。
2020-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Storage Performance Enhancement and Bandgap Opening of M-Decorated ($\mathrm{M}=\mathrm{Li}$, Na and K) III\textsubscript{4}-V\textsubscript{4} Monolayer by Fluorine Functionalization
研究了氟官能化对碱性修饰的Ⅲ族\textsubscript{4} -Ⅴ族\textsubscript{4}单分子膜储氢性能的影响。这种结构可以存储多达两个氢分子每个碱性原子。在这里，我们证明，功能化碱性装饰单层与高电负性元素的氟可以显着提高结合能和最大数量的存储的氢分子。在这方面，当考虑绝对结合时，氢分子储存能力从2个显著提高到4个。此外，M-修饰的III型\textsubscript{4} -V型\textsubscript{4}的F-功能化可以表现出带隙开放效应，引入半导体特性，形成新的二维半导体结构。Li-Al $_4$ P $_4$ -F的带隙为1.23 eV，非常接近太阳能峰。在M-III \textsubscript{4} -V \textsubscript{4} -F结构中产生的带隙甚至显著大于原始III \textsubscript{4} -V \textsubscript{4}单层的带隙。氢分子与碱原子的结合也通过氟官能化从0.114 eV提高到0.272 eV。
2022-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Light-Metal Functionalized Boron Monoxide Monolayers as Efficient Hydrogen Storage Material: Insights from DFT Simulations
本研究通过DFT、AIMD和热力学分析，发现轻金属（Li、Na、K、Ca）功能化的一氧化硼单层具有稳定的晶体结构和高达11.75 wt%的储氢容量，超过美国能源部2025年目标，是极具潜力的材料基储氢介质。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Selective Hydrogen Molecule Dissociation on Ca2N Monolayer
该研究通过DFT和AIMD模拟发现Ca2N单层上原子氢优先吸附于Ca中心空位，而分子氢仅吸附于桥位，且B位点的H2解离抑制后续吸附，表明Ca2N可作为受控氢解离的催化剂。
2025-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unsaturated Single Atoms on Monolayer Transition Metal Dichalcogenides for Ultrafast Hydrogen Evolution
大规模实施电化学水裂解制氢需要廉价有效的催化剂来取代昂贵的铂。二硫化钼是最有前途的替代催化剂之一，但其固有活性仍不如铂。因此，有必要探索新的活性位点来源二硫化钼与超快反应动力学，并了解其机制。在这里，我们报告了一个通用的冷氢等离子体还原方法合成不同的单原子坐在二维单分子膜。在二硫化钼的情况下，我们设计并鉴定了一种新型的活性位点，即，不饱和Mo单原子上的共生单层二硫化钼。基于单片微电池测量，该催化剂显示出优异的固有活性，塔菲尔斜率为35.1 mV dec-1，100 mV时的转换频率约为10^3 s-1。理论研究表明，不饱和钼原子通过杂化作用增强了吸附的氢原子与基体的结合强度，从而提高了催化剂的吸放氢动力学性能，提高了催化剂的放氢活性。这项工作为制备用于水裂解和其他电化学过程的高效电催化剂提供了新的思路，并提供了在二维单分子膜上合成单原子的一般方法。
2020-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Directly grown monolayer MoS2 on Au foils as efficient hydrogen evolution catalysts
单层MoS 2的合成是实现MoS 2在催化、光电子学和谷电子学等方面潜力的关键。在此，我们首次报道了通过低压化学气相沉积方法在市售Au箔上可扩展地生长高质量、畴尺寸可调（边长从~ 200 nm到50 μm）、严格单层MoS 2。结果表明，纳米级三角形MoS_2/Au复合片具有较低的Tafel斜率（61 mV/decade）和最高的交换电流密度（38.1 μA/cm ~ 2），是一种优良的析氢电催化剂。MoS_2与Au薄膜之间丰富的活性边缘位和良好的电子耦合是其优异的HER活性的主要原因。我们的工作提出了一个合理的证明，严格的单层二硫化钼组装在一个精心选择的电极可以表现出可比的，甚至优于HER性能的纳米粒子或少层二硫化钼电催化剂。
2014-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Potassium Decoration on Graphenyldiene Monolayer for Advanced Reversible Hydrogen Storage
本研究基于第一性原理计算，提出钾修饰的石墨炔单层作为可逆储氢材料，其在300 K下热稳定，储氢容量达8.82 wt%并具备优异的可逆性。
2025-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical proposal of a revolutionary water-splitting photocatalyst: The monolayer of boron phosphide
近年来，水分解光催化制氢作为一种可持续的清洁能源正引起人们的关注。光催化制氢系统比电解和太阳能电池、风力发电等耦合系统更简单、更便宜、更容易扩大规模。本文提出磷化硼单层膜作为一种稳定高效的水分解光催化剂，通过高精度的密度泛函理论计算，使用HSE 06功能与溶剂效应。磷化硼的单层具有约1.4 eV的直接允许能隙，并且用作一步激发光催化剂。它吸收波长低于约890 nm的太阳光（紫外线、可见光和近红外线），并在合适的pH条件下从水中产生氢气和氧气。通过计算析氢和析氧反应的过电位，证实了其光催化效果。磷化硼单分子膜将实现绿色氢革命。
2022-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
1-octadecene monolayers on Si(111) hydrogen-terminated surfaces: effects of substrate doping
我们研究了1-十八烯在氢封端的（111）硅表面上的单分子膜的电子性质及其与结构性质的关系。分子通过紫外线照射激活的C=C和Si-H之间的自由基反应连接。我们比较了在不同类型（n型和p型）和不同掺杂浓度（从低掺杂（~ 1 E14 cm-3）到高掺杂（~ 1 E19 cm-3））的硅衬底上形成的单分子膜的结构和电学性质。我们表明，在n-，p-和p+硅上的单层是致密的，它们作为非常好的绝缘膜在纳米厚度的漏电流低至~ 1 E-7 A.cm-2和高品质的电容-电压特性。在n+型硅上形成的单层更加无序，因此当嵌入硅/单层/金属结中时表现出更大的漏电流密度（> 1 E-4 A.cm-2）。用n+型硅获得的劣质结构和电子性质指出了有机单层的化学吸附过程中表面电势和表面费米能级的位置的重要作用。
2004-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Control of Intermolecular Bonds by Deposition Rates at Room Temperature: Hydrogen Bonds versus Metal Coordination in Trinitrile Monolayers
用扫描隧道显微镜和低能电子衍射研究了1，3，5-三（4 '-联苯-4”-腈）苯在铜和银（111）表面的自组装膜。在两个表面上同样观察到密集的氢键多晶型物。此外，在Cu（111）上的沉积产生了与氢键结构共存的有序的金属配位多孔多晶型物。所需的配位中心由Cu（111）表面的吸附原子气体提供。而在Ag（111）上，没有观察到有序的金属配位网络。铜和银上的吸附原子的反应性和相应的配位键的键强度之间的差异负责此基板的依赖性。通过利用超低沉积速率，我们证明了在Cu（111）上，吸附原子动力学在分子间键的表达和结构选择中起着决定性的作用。
2013-07-25 cond-mat.mtrl-sci
A Wide Optical-Gap in Fully $sp^3$-Like Hydrogenated Monolayer Graphene
Università degli Studi di Roma Tre（罗马第三大学）；INFN Sezione di Roma Tre（意大利国家核物理研究所罗马三分部）；Graphene Labs, Istituto italiano di tecnologia（意大利理工大学石墨烯实验室）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）
通过光谱表征，报道了完全sp^3杂化的氢化单层石墨烯具有6.3 eV的宽光学带隙，并揭示了氢化形态的共存。
2026-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Phase Stability and Superconductivity in Hydrogenated and Lithiated Janus GaXS2 (X = Ga, In) Monolayers
Chulalongkorn University（朱拉隆功大学）
研究通过氢化和锂化Janus GaXS2单层，发现其具有稳定的相结构和超导特性，临界温度达6.2 K，揭示了多能隙超导机制。
2025-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Patterning edge-like defects and tuning defective areas on the basal plane of ultra-large MoS$_{2}$ monolayers toward hydrogen evolution reaction
本研究利用FIB在超大MoS₂单层基面图案化刻蚀阵列，通过Ga⁺剂量调控缺陷分布，实现HER过电位降低290 mV，并结合表征与DFT识别催化缺陷。
2023-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the Spacing Between Hydrogen-Intercalated Quasi-Free-Standing Monolayer Graphene and 6H-SiC(0001) Using Total-Reflection High-Energy Positron Diffraction
本文利用全反射高能正电子衍射结合动力学衍射理论摇摆曲线分析，精确测定了氢插层准自由站立单层石墨烯与6H-SiC(0001)衬底的间距为4.18(6)Å，结果与已有DFT计算高度吻合。
2023-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen storage in pristine and Janus transition-metal dichalcogenide monolayers: electronic origins, coverage effects, and finite-temperature stability
Federal University of Goiás, Institute of Physics（戈亚斯联邦大学物理研究所）
本研究通过DFT和AIMD模拟揭示了Janus过渡金属二硫化物单层中氢气吸附的电子起源、覆盖效应及热稳定性，发现Ni和Pd基系统在氢气存储中表现最优。
2026-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Raman analysis of the dehydrogenation process of hydrogenated monolayer graphene
本研究通过拉曼光谱分析氢化单层石墨烯在不同退火温度下的脱氢稳定性，发现氢化样品在300°C以下稳定，氢刻蚀样品在400°C以下稳定，并确定了安全的拉曼测量条件。
2024-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of molecular hydrogen on honeycomb ZnO monolayers: A quantum density-functional theory perspective
本研究采用量子密度泛函理论（QLDFT）探究分子氢在原始ZnO单层的吸附，评估其在宽热力学条件下的储氢容量，发现ZnO片对氢分子平行运动限制更紧，且等量吸附热在不同温度下对吸附质密度的依赖性存在差异。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Strain engineering of two-dimensional piezo-photocatalytic materials for hydrogen production
低维过渡金属二硫属化合物（TMDC）具有良好的光催化性能和可调谐性。在这项工作中，使用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理模拟，我们表明，外部电偏压可以进一步提高光催化制氢效率的六个AB $_{2}$（A=Mo，W和B=S，Se，Te）TMDC单层利用其压电响应。特别地，当受到适量的电诱导拉伸双轴应变时，大多数TMDC单分子膜变成潜在的理想的光催化剂朝向析氢反应（HER）。在TMDC单层上引入拉伸双轴应变的有益效果不仅限于带隙的减小和带边位置的适当调整，而且还以明显有利于HER反应的方式修改H吸附自由能。
2022-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Stability of Highly Hydrogenated Monolayer Graphene in Ultra-High Vacuum and in Air
Università degli Studi di Roma Tre（罗马第三大学）
通过XPS研究了氢化单层石墨烯在超高真空和常压下的稳定性，发现其在真空环境中长期稳定，而在空气中易氧化，原子氢可有效恢复氢化石墨烯。
2026-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio Investigation on h-Be3N2 Monolayer for Photocatalytic Hydrogen Evolution Reaction and Oxygen Evolution Reaction
Sardar Vallabhbhai National Institute of Technology（萨达尔·瓦拉巴伊·帕特尔国家理工学院）
该研究通过第一性原理计算发现h-Be3N2单层是带隙1.74 eV的直接带隙半导体，具有合适带边位置，可在中性和碱性环境实现光催化分解水，在酸性或中性条件下需外加电位，是潜在的光催化制氢材料。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Mediated Superconductivity near the Lattice Instability in Hole-doped Hydrogenated Monolayer Hexagonal Boron Nitride
采用密度泛函理论与局域密度近似，我们表明，完全氢化的单层六方氮化硼（H $_2$ BN）的直接带隙为2.96 eV的蓝光区，而原始的$\textit{h}$ -BN具有更宽的间接带隙为4.78 eV。空穴掺杂的H $_2$ BN在低载流子密度（$n$）下是稳定的，但在较高的$n$下变得动态不稳定。我们预测，它是一个声子介导的超导体的转变温度（$T_c$），可以达到$\sim$ 31 K在$1.5\times$ $10^{14}$空穴的$^{-2}$附近的晶格不稳定性。通过施加6%的双轴拉伸应变以及在接近新的晶格不稳定性的$^{-2}$的$3.4\times$ 10个$^{14}$孔cm的$n$处的掺杂，$T_c$可以被增强到$\sim$ 82 K。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Strain-Enhanced Hydrogen Evolution, Electrical, Optical, and Thermoelectric Properties of the Multifunctional 2D CrSi2N4 Monolayer
Ghulam Ishaq Khan Institute of Engineering Sciences and Technology（吉拉姆·伊沙克汗工程科学与技术学院）；National University of Science and Technology（国立科技大学）
通过第一性原理DFT研究CrSi2N4单层的结构、电子、光学、热电及电催化性能，发现其具有稳定的多层结构和优异的热电转换性能，应变可显著提升氢析出效率。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning electronic and optical properties of free-standing Sn2Bi monolayer stabilized by hydrogenation
在这项研究中，我们系统地研究了Sn 2Bi单层的结构，机械，电子和光学特性，这是一种最近实验合成的薄片[PRL，121，126801（2018）]，它已被氢化（Sn 2BiH 2），以使用密度泛函理论（DFT）稳定自支撑形式。为了调节能带结构和电子性质，使用了机械应变和电场。我们的研究表明，在这个独立的样品中，有电子平带和自由空穴带，像最近在硅片上合成的样品，这提供了具有强局域化的电子和高迁移率的自由空穴的可能性。此外，Sn 2BiH 2单层的带隙经历了80%的增长相比，实验样品。应变的相关结果表明，带隙可以适当地操纵双轴应变（-13%至+21%）范围内从0.2至1.6 eV。应该提到的是，相应单分子层在拉伸和压缩应变下的稳定性和柔性是由于原子之间的强σ键。我们还认识到应变可以引起带隙的间接-直接转变。此外，我们的光学研究结果表明，Sn 2BiH 2单分子层在特定范围内的紫外光谱几乎具有金属性质，它是透明的，在红外和可见光谱的电磁辐射。所有这些可调特性和非平凡的功能预示着Sn 2BiH 2单分子膜在近红外探测器、热电器件、场效应晶体管、传感器、电子器件、能量收集和光电子学等方面具有巨大的应用潜力。
2019-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Partial Hydrogenation of N-heteropentacene: Impact on molecular packing and electronic structure
本研究通过精确控制真空沉积在Cu(111)上制备BTANC单层，发现N原子部分加氢及NH-N型氢键的形成显著改变了分子堆积与电子结构，为含氮并苯类薄膜的物性调控提供了新策略。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Transition metal single-atom anchored on MoSi2N4 monolayer as highly efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction
本研究基于第一性原理计算，探讨了六种过渡金属单原子锚定在MoSi2N4单层上的析氢反应性能，发现锚定原子能激活惰性基面，其中V@MoSi2N4和Ni@MoSi2N4体系表现出高效催化活性。
2023-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh ion diffusion in oxide crystal by engineering the interfacial transporter channels
本研究提出酸溶液/WO3/ITO三明治结构，通过界面分工扩散实现氢离子超快传输，有效扩散系数提升10^6倍，并证明该方法可推广至其他离子和氧化物材料。
2022-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogen dynamics on defective monolayer graphene
研究了碳空位存在时石墨烯片上的氢动力学。我们分析了分子动力学（MD）模拟的手段，使用紧束缚哈密顿量适合密度泛函计算的H原子的运动。氢钝化接近空位的C原子的悬挂键，与位于层平面一侧或另一侧的H形成C-H键。氢动力学已经从MD轨迹的统计分析，随着原子坐标的自相关函数进行了研究。在300 K时，单个H原子穿过石墨烯层的有效势垒为0.40 eV，跃迁速率为$ν= 2 \times 10^6$ ~s $^{-1}$.原子跃迁表现为随机事件，在给定的温度和时间间隔下，它们的数量服从泊松概率分布。当两个氢原子靠近空位时，发现原子动力学有很强的关联，室温下的跃迁频率$ν= 7 \times 10^2$ ~s $^{-1}$较低.这些结果提供了对氢在石墨烯上的扩散机制的深入了解，为完全理解其通过缺陷结晶膜的运动铺平了道路。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thickness-dependence of hydrogen-induced phase transition in MoTe$_{2}$
二维过渡金属二硫属化物（TMD）通常存在于具有不同物理性质的两个或更多个结构相中，并且可以通过不同的刺激在这些相之间重复切换，使得它们潜在地用于存储器件。了解TMD与传统半导体或形成异质或同质组件的其他2D晶体之间的界面物理是其在技术中成功应用的核心。然而，迄今为止，大多数的理论工作都是探讨孤立的TMD单分子膜在真空中的相变特性。使用\textit{ab-initio}计算，我们展示了界面效应如何修改的热力学和动力学的相变通过研究氢诱导的转变在单层和双层的MoTe $_{2}$。MoTe $_{2}$的相变特性显示出很大的厚度依赖性，在氢化的双层中的过渡的时间尺度是约$10^7$ -倍长于在室温下的单层。我们的研究强调了在预测二维晶体的性质时考虑直接环境影响的重要性。
2020-03-09 cond-mat.mtrl-sci
2D Monolayer Molybdenum (IV) Telluride TMD: An Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction
本研究基于第一性原理杂化DFT-D方法，设计了纯2D单层MoTe2 TMD并证实其通过极低反应能垒和Tafel斜率有效催化析氢反应，为设计无贵金属电催化剂提供了新思路。
2024-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Correlation between morphology and transport properties of quasi-free-standing monolayer graphene
研究了不同温度下氢嵌入形成的准自支撑单层石墨烯（QFMLG）的形貌，并讨论了其与输运性质的关系。通过扫描隧道显微镜在600 ° C和800°C下形成的QFMLG上观察到石墨烯-衬底界面处不完全氢嵌入对应的特征。它们作为带电杂质有助于载流子散射。在1000°C时，SiC衬底中出现空洞和石墨烯的褶皱，使载流子迁移率显著降低。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh-Gain Phototransistors Based on Graphene-MoS2 Heterostructures
由于其高载流子迁移率、宽带吸收和快速响应时间，石墨烯对于光电子和光电探测应用是有吸引力的。然而，传统金属-石墨烯结器件中的光电子提取受到其小结面积的限制，其中典型的光响应度低于0.01 AW-1。另一方面，二硫化钼（MoS 2）的原子薄层是具有直接和有限带隙的二维（2d）纳米材料，提供了充当2d光吸收剂的可能性。因此，这两种薄膜的异质结构的光电性能是非常感兴趣的。采用化学气相沉积法（CVD）生长大面积石墨烯的技术已经成熟。然而，大面积MoS 2单层的生长仍然具有挑战性。在这项工作中，我们表明，大面积和连续的二硫化钼单层是可以实现的，使用CVD方法。石墨烯和MoS 2层都可以转移到所需的衬底上，使直接和大规模的光电应用成为可能。我们证明了基于石墨烯/MoS 2异质结构的光电晶体管能够提供大于107 A/W的高光响应度，同时保持其平坦和平面结构。我们的实验表明，电子-空穴对在光吸收后在MoS 2层中产生，随后在层间分离。与基于用于金属-半导体接触的常规内置电场模型的预期相反，由于石墨烯费米能级与MoS 2的导带的对准，光电子被注入到石墨烯层中而不是被捕获在MoS 2中。能带对准对由例如库仑杂质或施加的栅极电压引起的垂直电场的存在敏感，从而导致可调谐的光响应性。
2013-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Morphology of Ti on Monolayer Nanocrystalline Graphene and its Unexpectedly Low Hydrogen Adsorption
石墨烯上的氢吸附可以通过用Ti官能化来增加。这需要在石墨烯上分散尽可能小且致密的Ti岛，以增加每个Ti原子的氢吸附位点的数量。在这份报告中，我们研究了纳米晶石墨烯和它的氢吸附的扫描隧道显微镜和热脱附光谱的Ti的形态，并与单晶石墨烯的等效测量结果进行比较。纳米晶石墨烯由小于5nm尺寸的极小晶粒组成。与单晶石墨烯相比，Ti原子优先吸附在纳米晶石墨烯的晶界处，并形成更小且更致密的岛。然而，令人惊讶的是，氢对纳米晶石墨烯上的Ti的吸附比对单晶石墨烯上的Ti的吸附少。特别地，氢几乎不化学吸附到纳米晶石墨烯上的1 ML的Ti。这可能归因于Ti与沿着纳米晶石墨烯中的晶界定位的缺陷之间的强键合。这种机制也可能适用于其他金属，因此我们的研究结果表明，当通过金属原子将石墨烯功能化用于储氢或其他化学反应时，重要的是不仅要考虑所得表面的形态，还要考虑石墨烯对金属电子状态的影响。
2020-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Sonochemically Boosted Hydrogen Evolution Activity of Janus TMD Monolayers
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Center for Energy and Environmental Chemistry（能源与环境化学中心）
通过化学气相沉积在Au箔上生长Janus TMD单层（SeMoS和SeWS），发现其析氢催化性能优于母体TMD，且极性溶剂声化学处理可显著提升活性，SeMoS处理后的过电位低至~63 mV。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci
The hyperfine properties of a hydrogenated Fe/V superlattice
研究了氢对由三个Fe单层和九个V单层组成的铁钒超晶格的电子、磁性和超精细结构的影响。采用第一性原理全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法计算了不同H位置和H填充情况下Fe位的接触电荷密度（ρ）、接触超精细场（Bhf）和电场梯度（EFG）.据发现，只有当H是在界面区域中的超精细特性的相当大的变化。
2011-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Pentagonal PdTe2 Monolayer for Sustainable Solar-driven Hydrogen Production
UAE University（阿联酋大学）；University College London（伦敦大学学院）；Michigan Technological University（密歇根理工大学）
通过密度泛函理论计算，研究了五边形PdTe2单层在拉伸应变下作为光催化剂实现自发水分解的性能，发现+3%应变下太阳能制氢效率达20.40%。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of group IV-V hexagonal binary monolayers
IV族和V族单分子膜由于其高载流子迁移率、可调带隙和光学线性二向色性而成为非常重要的二维材料。最近，在硅衬底上合成了一种新颖的IV-V族二元化合物Sn_2Bi，并显示出非常有趣的电子性质。进一步的研究表明，通过氢化，单分子层将以独立形式稳定。受此启发，我们利用第一性原理计算，系统地预测和研究了Sn 2Bi的八种对应物：Si 2 P，Si 2As，Si 2Sb，Si 2Bi，Ge 2 P，Ge 2As，Ge 2Sb，Ge 2Bi。的内聚能，声子色散，和AIMD计算表明，类似于Sn 2Bi，所有这些独立的单分子膜是稳定的氢化形式。这些氢化单层是具有宽带隙的半导体，这有利于光电目的。Si_2YH_2和Ge_2YH_2结构分别具有间接带隙和直接带隙。它们代表了非常有趣的光学特性，例如在可见光区的良好吸收和线性二向色性，这分别对太阳能电池和分束器件至关重要。最后，Si_2SbH_2和Si_2BiH_2单分子膜具有适合光催化分解水的带隙和带边位置。总之，我们的调查提供了非常有趣的和有前途的性能，这一家庭的二元化合物。我们希望我们的预测为新的实验研究和下一代光电和光催化器件的合适2D材料的制造开辟了道路。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and phase properties of tetracosane (C24H50) monolayers adsorbed on graphite. Explicit Hydrogen Molecular Dynamics study
讨论了二十四烷（C24 H50）在石墨表面单分子层物理吸附的分子动力学（MD）计算机模拟。烷烃分子用显式氢模拟，石墨衬底表示为具有六个石墨烯层的全原子结构。二十四烷的动力学模型在完全原子化的方式与实验符合良好。低温有序固体组织为矩形中心结构，与底层石墨不相称。高于T = 200 K时，由于分子开始失去其平移和取向顺序通过左缺陷的形成，一个弱的近晶中间相（实验观察到，但从未在联合原子（UA）模拟重现）出现。吸附层的相行为是非常敏感的静电相互作用的方式包括在模型中。如果静电荷设置为零（如在UA力场中），则熔化温度相对于实验值增加约70 K。当非键1 - 4相互作用不成比例时，熔融温度降低约90 K。如果比例因子设置为0.5，熔化发生在T = 350 K，与实验数据非常吻合。PACS编号：82.45.Mp，www.example.com
2008-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Highly Efficient Hydrogen Storage of Sc Decorated Biphenylene Monolayer near Ambient-temperature: An Ab-initio Simulation
社会发展对能源的需求日益增长，需要用替代和绿色燃料来满足，如氢能，以实现持久和可持续的文化。氢经济的一个重要组成部分是其储存效率。采用第一性原理密度泛函理论（DFT）和从头算分子动力学（AIMD）方法研究了一种新合成的Sc修饰的联苯（BPh）的储氢性能.钪以~ 3.84 eV的结合能强烈地附着在BPh片上，并且修饰在BPh上的单个Sc可以吸收最多5个H $_2$分子，导致11.07的高重量百分比，这显著高于DoE的最终标准（6.5 wt%）。根据范特霍夫方程，强、弱吸附氢对应的脱附温度分别为200 K和397 K，平均脱附温度为305 K。Sc与BPh的高结合是由于Sc的3d轨道向C的2 p轨道提供电荷。吸附态H $_2$与BPh+Sc之间的相互作用是由于Sc的3d轨道向H $_2$分子的$σ$ * 键的电荷转移和H $_2$分子的$σ$键向Sc的空3d轨道的反馈，即Kubas型相互作用。此外，声子和AIMD模拟证实了BPh+Sc的稳定性，并且能量势垒的存在表明BPh上没有Sc-Sc聚集的可能性。因此，理论上稳定的BPh+Sc具有较高的重量百分比，平均脱附温度为305 K，可能是一种潜在的固体储氢器件。
2023-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale CVD Growth of Monolayer Hexagonal Boron Nitride with Large Domain Size by Cu Foil Enclosure Approach
在铜箔上化学气相沉积制备厚度均匀的大畴六方氮化硼（h-BN）具有很大的挑战性，这源于极高的成核密度和反向氢蚀刻竞争反应。我们在此报告的晶片规模的高品质的h-BN单层膜的最大的单晶域尺寸高达72微米的边长使用折叠的铜外壳的方法的成功生长。这种简单而独特的方法高度限制了生长空间，使成核中心急剧减少，并有效抑制了氢蚀刻反应。首次揭示了h-BN单层膜的取向与生长衬底的晶面密切相关，Cu（111）是生长高质量h-BN单层膜的最佳衬底，这与密度泛函理论的计算结果一致。本研究为生长高质量的h-BN薄膜提供了一条切实可行的途径，加深了对h-BN生长过程的基本认识。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Large spin Hall conductivity and excellent hydrogen evolution reaction activity in unconventional PtTe1.75 monolayer
基于第一性原理计算，提出由Te空位形成的PtTe1.75单层具有大自旋霍尔电导率和优异析氢反应活性，为寻找大SHC二维材料提供新思路。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Light alkali metal functionalized two-dimensional C5N monolayers for enhanced hydrogen storage
University of New England（新英格兰大学）；University of Canberra（堪培拉大学）；University of Sydney（悉尼大学）
该研究通过DFT方法发现，Li、Na、K功能化的二维C5N单层可稳定负载6个金属原子，能吸附48个H2分子，储氢容量达9.42 wt%等，是有潜力的可逆储氢材料。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Harnessing Structural Disorder: Unraveling Hydrogen Evolution in Monolayer Amorphous Carbon via First-Principles Simulations and Machine-Learned Potentials
Indian Institute of Technology Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
研究单层非晶碳在氢演进反应中的性能，通过第一性原理模拟和机器学习势能分析其催化活性及结构特征。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Modulating Electronic Structure of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides by Substitutional Nb-Doping
调节单层过渡金属二硫属化合物（TMDCs）的电子结构对于许多应用是重要的，掺杂是实现这一目标的有效方法，但控制是具有挑战性的。在这里，我们报告的原位替代掺杂的铌（Nb）到TMDC与可调浓度在化学气相沉积。以单层WS2为例，将Nb掺杂到其晶格中导致带隙变化在1.98 eV至1.65 eV的范围内。值得注意的是，电输运测量和密度泛函理论计算表明，Nb掺杂剂的4d电子轨道有助于在费米能级附近的Nb掺杂的WS2的态密度，导致n到p型转换。Nb掺杂还降低了WS2中吸氢的能垒，从而改善了电催化析氢性能。这些结果突出了控制掺杂在调节TMDC的电子结构及其在电子相关应用中的用途中的有效性。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Phase Switchable Photocatalytic Water Splitting via a Paraelectric-Ferroelectric Transition in Zr2Ge2S6 Monolayer: A Comprehensive Theoretical Insights
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）
本研究通过第一性原理计算发现，Zr₂Ge₂S₆单层可通过顺电-铁电相变调控光催化水分解性能，其太阳能-氢能转换效率从顺电相的7.71%提升至铁电相的15.31%，为调控二维铁电材料光催化性能提供了有效策略。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Design of Phosphorene for Hydrogen Evolution Performance Comparable to Platinum
磷烯是一种单层的块状黑磷，由于其高电荷迁移率和覆盖宽光谱范围的光的可调直接带隙，因此有希望用于光收获。在这里，通过原子尺度的第一性原理模拟，我们报告了磷烯的析氢反应（HER）的活性起源于缺陷激活。对氢（H）从磷烯上脱附的吉布斯自由能（Δ_GH）的定量计算表明，原子空位和边缘在活化反应中起主导作用。我们发现，缺陷态，空的和良好的本地化周围的缺陷核心，被补偿的H物种。这诱导了符合自由能（Δ GH=0）的热中性条件的适当的氢相互作用，与铂相当。我们的研究结果的高度活化的缺陷状态表明，非金属HER催化剂的设计与地球丰富的磷结构的结构工程。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Strain Tunable Photocatalytic Ability of $BC_{6}N$ Monolayer
本文基于杂化密度泛函理论研究了硼碳氮化合物（$BC_{6}N$）蜂窝晶格的光催化性能。我们观察到，随着明显的可见吸光度，$BC_{6}N$表现出良好的还原能力。它能够通过光电催化沉积重金属离子、产生氢燃料和封存二氧化碳。为了扩大其适用性，我们进一步调整其氧化还原能力，使用双轴应变。我们观察到，即使是轻微的膨胀，也使这种材料能够同时进行氧化和还原，这对于废物管理和通过自发水分解产生氢气至关重要。在这项研究中，我们提出$BC_{6}N$是一个有前途的潜在候选人，作为无金属二维光催化剂，并显示如何调整其适用性，以解决多种环境危机。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
