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Two-Dimensional Hydroxyl-Functionalized and Carbon-Deficient Scandium Carbide, ScC <sub/><i>x</i> </sub> OH, a Direct Bandgap Semiconductor

DOI:10.1021/acsnano.8b06279 期刊:ACS Nano 出版年份:2019 更新时间:2025-09-19 17:15:36
摘要: Two-dimensional (2D) materials have attracted intensive attention in nanoscience and nanotechnology due to their outstanding properties. Among these materials, the emerging family of 2D transition metal carbides, carbonitrides, and nitrides (referred to as MXenes) stands out because of the vast available chemical space for tuning materials chemistry and surface termination, offering opportunities for property tailoring. Specifically, semiconducting properties are needed to enable utilization in optoelectronics, but direct bandgaps are experimentally challenging to achieve in these 2D carbides. Here, we demonstrate the fabrication of 2D hydroxyl-functionalized and carbon-deficient scandium carbide, namely ScCxOH, by selective etching of a layered parent ScAl3C3 compound. The 2D configuration is determined as a direct bandgap semiconductor, with an experimentally measured bandgap approximated to 2.5 eV. Furthermore, this ScCxOH based device exhibits excellent photoresponse in the ultraviolet-visible light region (responsivity of 0.125 A/W@360 nm/10 V, and quantum efficiency of 43%). Thus, this 2D ScCxOH direct-bandgap semiconductor may find applications in visible-light detectors, photocatalytic chemistry, and optoelectronic devices.
作者: Jie Zhou,Xian-Hu Zha,Melike Yildizhan,Per Eklund,Jianming Xue,Meiyong Liao,Per O. ?. Persson,Shiyu Du,Qing Huang
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To fabricate and characterize a 2D scandium carbide with direct bandgap semiconductor properties for optoelectronic applications.

The synthesized 2D ScCxOH is a direct bandgap semiconductor with a bandgap of ~2.5 eV, exhibiting excellent photoresponse in the UV-visible region, making it promising for optoelectronic devices and photocatalytic applications.

The etching process was not fully complete, leaving residual ScAl3C3 and graphite; the material may have inhomogeneous surface functionalizations; and the photoresponse could be optimized further.

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