人工晶体学报

作者：刘晨曦, 潘多桥, 庞国旺, 史蕾倩, 张丽丽, 雷博程, 赵旭才, 黄以能

单位：1.伊犁师范大学,新疆凝聚态相变与微结构实验室,伊宁 835000;；2.南京大学物理学院,固体微结构物理国家重点实验室,南京 210093

关键词：异质结,第一性原理,电子结构,光学性质,光催化性能,GaN/g-C3N4异质结,AlN/g-C3N4异质结,

基金：自治区高校科研计划(XJEDU2021Y044);新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题(2021D04015);伊犁师范大学博士启动基金(2021YSBS009);自治区研究生创新项目(XJ2021G323)

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了单层g-C3N4以及X/g-C3N4(X=g-C3N4、AlN及GaN)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性质。结果表明,X/g-C3N4异质结的晶格失配率和晶格失配能极低,说明X/g-C3N4具有优异的稳定性。与单层g-C3N4相比,X/g-C3N4的带隙均减小,态密度的波峰和波谷均大幅提高且出现了红移现象,处于激发态的电子数量增加,使得电子跃迁变得更为容易,表明构建异质结有利于提高体系对可见光的响应能力。此外,X/g-C3N4的功函数均减小且在界面处形成了内建电场,有效抑制了光生电子-空穴对的复合,这对载流子的迁移以及光催化能力的提高大有裨益。其中,GaN/g-C3N4的功函数最小,在界面处存在电势差形成了内建电场且红移现象最明显,可推测GaN/g-C3N4的光催化性能最好。因此,本文提出的构建异质结是提高体系光催化活性的有效手段。

来源：2022年第3期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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