OH-terminated two-dimensional transition metal carbides and nitrides as ultralow work function materials

MXenes公司 工作职能 偶极子 材料科学 氮化物 表面改性 过渡金属 碳化物 化学物理 工作(物理) 纳米技术 图层(电子) 物理 物理化学 化学 热力学 复合材料 量子力学 有机化学 催化作用
作者
Mohammad Khazaei,M. Arai,Taizo Sasaki,Ahmad Ranjbar,Yunye Liang,Seiji Yunoki
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:92 (7) 被引量:492
标识
DOI:10.1103/physrevb.92.075411
摘要

MXenes are a set of two-dimensional transition metal carbides and nitrides that offer many potential applications in energy storage and electronic devices. As an important parameter to design new electronic devices, we investigate the work functions of bare MXenes and their functionalized ones with F, OH, and O chemical groups using first-principles calculations. From our calculations, it turns out that the OH-terminated MXenes attain ultralow work functions between 1.6 and 2.8 eV. Moreover, depending on the type of the transition metal, the F or O functionalization affects increasing or decreasing the work functions. We show that the changes in the work functions upon functionalizations are linearly correlated with the changes in the surface dipole moments. It is shown that the work functions of the F- or O-terminated MXenes are controlled by two factors: the induced dipole moments by the charge transfers between F/O and the substrate, and the changes in the total surface dipole moments caused by surface relaxation upon the functionalization. However, in the cases of the OH-terminated MXenes, in addition to these two factors, the intrinsic dipole moments of the OH groups play an important role in determining the total dipole moments and consequently justify their ultralow work functions.
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