【摘 要】
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自2004年石墨烯的成功剥离以来,由于其优异的性质,引起了人们对二维材料的研究兴趣。在短短的二十年里,二维材料的种类和应用领域都得到了飞快发展。二维材料展现出许多不同于三维体相的独特性质。尽管二维半导体材料在新型光电装置研发方面优势凸显,但急需设计具有高载流子迁移率和高稳定性的新材料。大量理论预测的二维材料被实验合成,充分表明理论计算对研发新材料的指导意义。主族非金属元素间强共价键特性及多样的配位
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自2004年石墨烯的成功剥离以来,由于其优异的性质,引起了人们对二维材料的研究兴趣。在短短的二十年里,二维材料的种类和应用领域都得到了飞快发展。二维材料展现出许多不同于三维体相的独特性质。尽管二维半导体材料在新型光电装置研发方面优势凸显,但急需设计具有高载流子迁移率和高稳定性的新材料。大量理论预测的二维材料被实验合成,充分表明理论计算对研发新材料的指导意义。主族非金属元素间强共价键特性及多样的配位方式,有利于稳定二维材料和丰富结构类型。目前,此类二维材料研究主要集中在二元化合物。研究表明,增加元素种类和变化学配比是获得具有优异性能的新型材料的有效方法。本论文基于第一性原理结构搜索技术,通过变化学组分,分别探索磷-碳-氮（P-C-N）和硼-碳-磷（B-C-P）两类三元化合物二维材料的结构、稳定性及电子性质。本论文主要研究内容和结论如下:（1）理论计算发现稳定PC6N单层,具有宽带隙和高载流子迁移率性质。基于第一性原理结构搜索技术,对P-C-N体系进行变化学组分结构搜索,发现了稳定的PC6N单层。通过其在氧气环境模拟中的分子动力学模拟,及计算其对氧气从物理吸附到化学吸附所需跨越的能垒,表明PC6N单层在氧气环境中的稳定性。在HSE06水平下,PC6N单层具有2.56 eV直接带隙,分析了PC6N单层具有宽带隙的物理起源。沿扶手椅链方向的空穴迁移率可以达到104cm2V-1s-1,实现了宽带隙和高载流子迁移率的兼容。PC6N单层在紫外光区的吸收系数可达105cm-1,而在可见光区几乎无吸收。这些优异性能表明PC6N单层可成为紫外光电器件的候选者。（2）在B-C-P体系,理论计算发现了半导体性质的BC2P单层。通过声子谱、内聚能、分子动力学模拟确定了BC2P单层的稳定性。在HSE06水平下,BC2P单层是带隙为1.52 eV的间接带隙半导体。利用形变势理论计算了BC2P单层的载流子迁移率,空穴迁移率在扶手椅链和锯齿形链方向都可以达到800cm2V-1s-1。光吸收谱模拟表明,其光系数在可见光区可达105cm-1。带边位置计算表明,BC2P的带边位置可以跨越水的氧化还原电位。由此,BC2P单层有希望成为光催化水裂解的候选光催化剂。
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