元素掺杂及分子吸附对 B₄C₃ 电子性质的影响

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中图分类号：TB303 文献标志码：A 文章编号：1671-5489（2026）01-0158-08

Abstract：We studied the effects of doping with four types of atoms，S，N，P，Si，as well as the adsorption of seven small molecules，NO， NO2 . NH3 ，CO， CO2 ， SO2 and H2S on the geometric structure and electronic properties of two-dimensional B4C3 materials.The results show that compared with the intrinsic B4C3 material with bandgap of 2.020eV ，the bandgap width of both doped and small molecule adsorption systems is reduced.The bandgap value of the N-doped system is the smallest among the four systems，indicating that doping atoms has the most significant effect on the electronic properties of B4C3 .After NO2 adsorption， B4C3 changes from semiconductor to metal， indicating that B1C3 can effectively detect NO2 gas.

Keywords：density functional theory；two-dimensional B1C3 ；doping；adsorption

自从成功分离出单层石墨材料——石墨烯以来[1]，二维材料已成为材料科学领域的研究热点．如Chang等2利用第一性原理预测了无金属二维单层碳化硼 （B♯C3） 可作为绿色光催化剂，单层 B∗C3 是从准平面 B4C3 颗粒扩展而成，不仅有新颖的四配位碳原子，而且有较强的可见光吸收、适当的带边位置和高载流子迁移率，使得单层 B1C3 具有光催化二氧化碳还原的巨大潜力．作为全局最小结构，计算的面内刚度和与Si衬底之间的弱相互作用表明，在实验中有可能制备 B1C3 片，沈家财以单层 B1C3 为基底，构造了双层 B4C3 同质结构以及 B4C3/gt–C3N4 异质结构，研究了其几何结构、电子性质和稳定性，发现 B4C3/gt-C3N4 复合材料有利于空穴和电子对在空间上的分离，在光催化领域具有较好的应用前景．田欣欣等4对 B4C3 二维平面结构进行了全局搜索，发现其稳定结构具有六元环孔洞与填充六元环交替排布的特性． B4C3 是一种由硼（B）和碳（C）元素以 n（B）：n（C）=4：3 组成的二维半导体材料，这种比例使 B1C3 材料具有特殊的化学稳定性和电子结构。（剩余10050字）