化学学报 ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (4): 377-389.DOI: 10.6023/A24120382 上一篇 下一篇
研究论文
卢一林a,*(), 董盛杰b,*(
), 崔方超c, 薄婷婷d, 毛卓e
投稿日期:
2024-12-27
发布日期:
2025-03-17
基金资助:
Yi-Lin Lua(), Shengjie Dongb(
), Fangchao Cuic, Tingting Bod, Zhuo Maoe
Received:
2024-12-27
Published:
2025-03-17
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寻找高效的直接Z-型异质结构光催化剂分解水制氢, 被认为是解决能源危机和环境问题的有效途径之一. 本工作采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 对构建的二维希托夫紫磷烯(HP)/SnS2异质结的电子结构、光学性质以及光催化性能开展了系统研究. 杂化泛函的计算结果表明, HP/SnS2异质结为直接带隙半导体, 其带隙值为1.30 eV. 交错的能带结构及其层间电荷转移诱导的内建电场诱发的直接Z-型载流子迁移机制, 使之具有很强的氧化还原能力引发光解水的反应. 光照下, HP侧的光生电子和SnS2侧的空穴提供的外电势能够大幅度降低HP/SnS2异质结析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的吉布斯自由能, 从而使其具有远小于各自单层材料的吉布斯自由能, 表现出优异的析氢活性和析氧活性. 此外, 双轴应变可以有效调控HP/SnS2异质结的光催化能力以及光吸收特性. 在应变为–10%的时候, HP/SnS2异质结在可见光范围内的光吸收能力达到最强, 光吸收系数可高达1.71×106 cm-1. 通过比较水的氧化还原电位发现, 当应变在–10%~8%范围之间的时候, HP/SnS2异质结均可满足光催化全解水的条件, 其太阳能到氢能(Solar to Hydrogen, STH)转换效率最高可达到54.90%, 远超10%的商业要求. 综上所述, HP/SnS₂异质结是一种具有研究价值和应用潜力的全解水光催化剂材料.
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