设计具有一定电子带隙,同时有较高载流子迁移率的二维半导体是材料设计领域的难题。本文利用具有类过渡金属特性的硼(B)原子为结构单元,设计新型二维材料,发现在碳基二维材料中掺杂该类型B原子可打开带隙同时最大程度保留其载流子迁移率。通常人们认为,sp2杂化的B原子和其他原子成键时,其p_z轨道为空,B原子表现缺电子性质。近年实验和计算研究证实,当B原子与强σ配体L成键时,其p_z轨道可填充1至2个电子,当L中存在π*反键轨道时,B的p_z电子可反馈至L的π*反键轨道形成反馈π键,也就是说,B原子表现出类似于过渡金属的成键特性。虽然类过渡金属特性B原子已经在分子设计和合成领域获得了广泛应用,利用它进行材料设计却鲜有报道。为此,本文运用密度泛函计算,研究了B和N共掺杂的石墨炔π共轭体系,重点研究了一种特殊的BN共掺杂模式:在此模式中,C和N形成异腈基(-N≡C:,记为L),与B原子形成σ配位键L→B←L和反馈π键L←B→L。此种掺杂模式不会在π共轭体系中引入空p_z轨道或双电子填充p_z轨道,因此其π电子结构和原始石墨炔相同,可以打开石墨炔带隙同时最大程度保留其优异的载流子迁移率。研究结果为高导电性二维半导体材料的理性设计提供了新的思路。