Computational Dissection of Two-Dimensional Rectangular Titanium Mononitride TiN: Auxetics and Promises for Photocatalysis

辅助 光催化 材料科学 纳米技术 凝聚态物理 复合材料 化学 物理 冶金 生物化学 催化作用
作者
Liujiang Zhou,Zhiwen Zhuo,Liangzhi Kou,Aijun Du,Sergei Tretiak
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (7): 4466-4472 被引量:115
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.7b01704
摘要

Recently, two-dimensional (2D) transition-metal nitrides have triggered an enormous interest for their tunable mechanical, optoelectronic, and magnetic properties, significantly enriching the family of 2D materials. Here, by using a broad range of first-principles calculations, we report a systematic study of 2D rectangular materials of titanium mononitride (TiN), exhibiting high energetic and thermal stability due to in-plane d-p orbital hybridization and synergetic out-of-plane electronic delocalization. The rectangular TiN monolayer also possesses enhanced auxeticity and ferroelasticity with an alternating order of Possion's Ratios, stemming from the competitive interactions of intra- and inter- Ti-N chains. Such TiN nanosystem is a n-type metallic conductor with specific tunable pseudogaps. Halogenation of TiN monolayer downshifts the Fermi level, achieving the optical energy gap up to 1.85 eV for TiNCl(Br) sheet. Overall, observed electronic features suggest that the two materials are potential photocatalysts for water splitting application. These results extend emerging phenomena in a rich family 2D transition-metal-based materials and hint for a new platform for the next-generation functional nanomaterials.
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