Small Methods: 用于光催化分解水的二维材料计算筛选和异质结的理性设计

随着能源危机和环境问题的日益严重,光催化分解水作为一种产出清洁能源的技术受到了广泛的关注,然而现有的光催化剂对于水分解反应来说还很不成熟。鉴于二维材料具有极高的表面积体积比,并能有效分离光生电子和空穴,将层状材料剥离成单层二维材料可以显著提升光催化活性。

近日,南开大学材料科学与工程学院的周震教授课题组通过数据库高通量筛选,综合考虑了材料结构、实验制备、稳定性、带隙、带边位置等因素,从Materials Project数据库的50000余种无机化合物中筛选出了205种具有光解水催化潜力的层状材料。并通过对能带结构和声子谱的第一性原理计算,验证了其中36种可以通过剥离得到具有光催化活性的稳定的单层二维材料。在此基础上,进一步通过对这些材料结构和能带的合理匹配,设计了44种具有光解水催化潜力的范德华异质结。这些数据库筛选和理论计算得到的二维材料和异质结都是基于在实验中已经可以得到的结构,在制备上具有可行性,并有望在实验中表现出优异的光催化性能。

周震教授课题组的博士生张旭和张子赫为论文的共同第一作者,该项目得到了国家自然科学基金委员会的资助。研究成果于2018年4月10日在Small Methods在线发表(Computational screening of two-dimensional materials and rational design of heterojunctions for water splitting photocatalysts. DOI: 10.1002/smtd.201700359)。

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