2024年7月25日，聊城大学物理科学与信息工程学院王晓春教授课题组在《Nano Letters》（《纳米快报》，中科院一区，TOP期刊）发表题目为“Strong Vertical Piezoelectricity and Broad-pH-Value Photocatalyst in Ferroelastic Y₂Se₂BrF Monolayer”（《铁弹性Y₂Se₂BrF单层的强垂直压电和宽酸碱度（pH）值光催化性质》）学术论文。论文的第一作者为研究生贺绮雯，通讯作者为我院王晓春教授。团队中的吕增涛副教授和郭峰副教授做出了重要贡献。聊城大学为第一署名单位。

随着微电子技术的可持续发展，小型化多功能器件面临着新的挑战。结合铁电、压电、电子或光学性质的二维铁弹性材料在多功能器件中具有诱人的应用前景。铁弹性材料的物理性质（如电子性质和介电常数）可以通过铁弹性应变进行调节，这对形状记忆器件、机械开关和致动器至关重要。然而，目前还没有关于具有垂直压电性和宽pH值光催化性能的二维铁弹性材料的研究。因此，有必要设计具有这三种性质的单层材料，这对于可再生能源的使用和多功能材料的设计至关重要。

在此研究中，作者从理论上预测了六种铁弹性半导体Y₂Se₂XX'（X, X' = I、Br、Cl或F；X ≠ X'）单层。它们的面内各向异性、能带结构、弹性和压电性能可以通过铁弹性应变进行转换。适度的能垒可以防止轻微干扰产生不希望的铁弹性转换。这些单层表现出高载流子迁移率（高达10⁴ cm² V^–1 s^–1），具有很强的面内各向异性。此外，它们的宽带隙和高电势差使它们在pH值为0-14时具有宽pH值和高性能光催化剂。值得注意的是，Y₂Se₂BrF具有出色的垂直压电性质d₃₃（d₃₃ = -405.97 pm/V），比CuInP₂S₆高出4.26倍。总体而言，纳米Y₂Se₂BrF有望成为多功能器件的候选者，以产生直流电并实现太阳能光催化。这项研究工作为多功能能源材料的设计提供了一种新的范式。

图1 (a-b) Y₂Se₂BrF单层中沿z方向的静电势差和能带排列；(c) 不同pH值下Y₂Se₂XX'单层的带边位置；(d) 在0-6 eV下测量Y₂Se₂XX'单层的面内光吸收系数；(e) Y₂Se₂XX'单层的多功能器件应用机理

该工作获得了国家自然科学基金面上项目以及聊城大学人才项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01943

（审核：刘才龙）