重要突破 获得带隙可调控的二维层状锗硅烷

随着工业社会发展，“温室效应”成为了人类面临的重大环境挑战。

众所周知，因化石燃料燃烧排放的二氧化碳是形成“温室效应”的罪魁祸首。随着大气中二氧化碳浓度不断升高，全球气温逐渐变暖，灾害性天气逐年增加。如何高效制取氢气等绿色能源、如何实现二氧化碳的转化利用成为了全球科学家关注的焦点。

“光催化技术”因其稳定、高效、清洁的特性，正在得到学术界的高度关注和认可。这是一种环境友好型的净化技术，其原理是基于光催化剂在光照条件下的氧化还原能力，达到净化污染物、物质合成和转化等目的。其中，光催化剂性能是光催化技术的核心，该性能的高效与否，决定了催化反应的效能。

近日，天津大学封伟教授团队在半导体二维原子晶体的可控制备和带隙调控研究上取得重要突破：采用 -H/-OH 封端二元锗硅烯，首次获得了具有带隙可调控的二维层状锗硅烷。目前，相关研究成果发表于《自然·通讯》。

据悉，封伟团队通过对 CaGe2 进行 Si 掺杂，制备了具有精确配比的 Ca（Ge1-xSix）2（x = 0.1-0.9）合金，通过拓扑插层反应实现了 -H/-OH 封端，获得了具有一系列不同掺杂比例的蜂窝状二维锗硅烷合金。晶体结构模型的理论计算结果表明二维锗硅烷为直接带隙半导体材料，其带隙类型不依赖于层数和 Si 掺杂的比例。

二维锗硅烷兼具可调控能带结构、宽光谱（从紫外区到可见光区）响应和优异的光催化性能，是未来制备纳米光电器件的理想材料之一。该研究首次实现了掺杂精确调控锗硅类 IVA 族二维原子晶体半导体的能带结构，将为未来新型半导体二维原子晶体材料的合成、设计、电子结构调控以及光电性能提升提供重要的材料基础和技术支撑。