化学学报 ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (5): 498-509.DOI: 10.6023/A25010029 上一篇 下一篇
研究论文
投稿日期:2025-01-23
发布日期:2025-03-12
基金资助:
Ye Tian, Boyao Zhang, Junyu Chen, Mengxin Ji, Hao Ren, Yuhua Chi*(
)
Received:2025-01-23
Published:2025-03-12
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随着传统能源逐渐枯竭, 氢能作为一种清洁能源逐渐受到人们的关注. 半导体光催化水分解制氢因其低成本、无污染等优点成为研究的重点. 光催化剂中的电子-空穴复合等电子性质会影响光催化制氢的效率. 因此, 合理调控光生电子传输已成为提高制氢效率和应对能源挑战的有效途径. 此工作利用第一性原理和非绝热分子动力学(NAMD)研究了MoSi2N4/ZrS2(HfS2)异质结的电子结构特征、光学性质、界面性质和光照后的载流子传输等. 结果表明, 在可见光区域MoSi2N4/ZrS2(HfS2)异质结表现出更强的光吸收能力, 异质结中载流子迁移率明显高于单相, 电子空穴分离效率也有效提高. 同时, 异质结的析氢效率更高, 析氢反应中ΔGH*低于其单组分, 可以有效提高光催化分解水制氢性能. 在此基础上, 对相应的机理进行详细阐述, 为进一步开发高效的二维异质结光催化剂提供了理论基础.
田野, 张博尧, 陈俊宇, 姬梦鑫, 任浩, 匙玉华. MoSi2N4/ZrS2(HfS2) II型异质结调节电子传输用于光催化制氢的研究[J]. 化学学报, 2025, 83(5): 498-509.
Ye Tian, Boyao Zhang, Junyu Chen, Mengxin Ji, Hao Ren, Yuhua Chi. Research on Adjusting Electronic Transport with MoSi2N4/ZrS2(HfS2) II-Type Heterojunction for Photocatalytic Hydrogen Production[J]. Acta Chimica Sinica, 2025, 83(5): 498-509.
| 单层 | 方向 | 载波类型 | C/(N•m–1) | Ed/eV | m* (m0)a | μ/(cm2•V–1•s–1) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ZrS2 | x | e | 5.191 | –1.29 | 1.971 | 178.785 | |
| h | –4.94 | –1.719 | 16.119 | ||||
| y | e | 6.788 | –1.95 | 0.657 | 927.459 | ||
| h | –4.83 | –0.573 | 198.751 | ||||
| MoSi2N4 | x | e | 38.788 | –16.57 | 2.236 | 6.342 | |
| h | –6.59 | –4.917 | 8.303 | ||||
| y | e | 38.964 | –12.62 | 0.745 | 98.861 | ||
| h | –6.54 | –1.639 | 75.998 | ||||
| HfS2 | x | e | 7.072 | –1.59 | 1.855 | 181.751 | |
| h | –5.17 | –1.767 | 19.022 | ||||
| y | e | 7.302 | –1.58 | 0.618 | 1701.824 | ||
| h | –5.06 | –0.589 | 184.695 | ||||
| MoSi2N4/ ZrS2 | x | e | 50.568 | –4.58 | 0.698 | 1112.332 | |
| h | –8.43 | –0.423 | 890.465 | ||||
| y | e | 50.807 | –4.58 | 0.233 | 10029.576 | ||
| h | –8.85 | –0.141 | 7299.525 | ||||
| MoSi2N4/ HfS2 | x | e | 52.350 | –4.54 | 0.689 | 1200.605 | |
| h | –5.35 | –1.340 | 228.467 | ||||
| y | e | 52.556 | –4.52 | 0.229 | 11027.355 | ||
| h | –5.36 | –0.447 | 2058.138 |
| 单层 | 方向 | 载波类型 | C/(N•m–1) | Ed/eV | m* (m0)a | μ/(cm2•V–1•s–1) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ZrS2 | x | e | 5.191 | –1.29 | 1.971 | 178.785 | |
| h | –4.94 | –1.719 | 16.119 | ||||
| y | e | 6.788 | –1.95 | 0.657 | 927.459 | ||
| h | –4.83 | –0.573 | 198.751 | ||||
| MoSi2N4 | x | e | 38.788 | –16.57 | 2.236 | 6.342 | |
| h | –6.59 | –4.917 | 8.303 | ||||
| y | e | 38.964 | –12.62 | 0.745 | 98.861 | ||
| h | –6.54 | –1.639 | 75.998 | ||||
| HfS2 | x | e | 7.072 | –1.59 | 1.855 | 181.751 | |
| h | –5.17 | –1.767 | 19.022 | ||||
| y | e | 7.302 | –1.58 | 0.618 | 1701.824 | ||
| h | –5.06 | –0.589 | 184.695 | ||||
| MoSi2N4/ ZrS2 | x | e | 50.568 | –4.58 | 0.698 | 1112.332 | |
| h | –8.43 | –0.423 | 890.465 | ||||
| y | e | 50.807 | –4.58 | 0.233 | 10029.576 | ||
| h | –8.85 | –0.141 | 7299.525 | ||||
| MoSi2N4/ HfS2 | x | e | 52.350 | –4.54 | 0.689 | 1200.605 | |
| h | –5.35 | –1.340 | 228.467 | ||||
| y | e | 52.556 | –4.52 | 0.229 | 11027.355 | ||
| h | –5.36 | –0.447 | 2058.138 |
| Structure | χ(H2)/eV | χ(O2)/eV | Eg/eV (HSE) | ηabs/% | ηcu/% | ηSTH/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MoSi2N4 | 0.96 | 0.08 | 2.27 | 25.58 | 15.15 | 3.88 |
| MoSi2N4/ZrS2 | 0.81 | 1.01 | 1.39 | 67.73 | 60.44 | 40.94 |
| MoSi2N4/HfS2 | 0.85 | 1.08 | 1.66 | 53.08 | 54.85 | 29.12 |
| Structure | χ(H2)/eV | χ(O2)/eV | Eg/eV (HSE) | ηabs/% | ηcu/% | ηSTH/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MoSi2N4 | 0.96 | 0.08 | 2.27 | 25.58 | 15.15 | 3.88 |
| MoSi2N4/ZrS2 | 0.81 | 1.01 | 1.39 | 67.73 | 60.44 | 40.94 |
| MoSi2N4/HfS2 | 0.85 | 1.08 | 1.66 | 53.08 | 54.85 | 29.12 |
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