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二维Janus型III族硫属化合物多层膜中的高效全水分解：本征电场与空位缺陷的作用

DOI：10.1016/j.scib.2019.10.018 期刊：Science Bulletin 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 二维（2D）范德华材料已被广泛用作水分解光催化剂，但其能量转换效率仍然较低。基于第一性原理计算，我们证明二维Janus III族硫属化合物多层结构（InGaXY、M2XY和InGaX2，其中M=In/Ga；X,Y=S/Se/Te）是实现高效全水分解的潜力型光催化剂。与Janus单层结构相比，其本征电场能更显著地增强光生载流子的空间分离并改变能带排列。预测这些Janus多层结构可实现高达38.5%的理论太阳能制氢（STH）效率。更令人振奋的是，InGaSSe双层结构中的镓空位能将析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的过电位有效降低至仅靠光生载流子即可实现的水平。理论研究表明，二维Janus III族硫属化合物多层结构可作为高效全水分解光催化剂使用，且无需牺牲试剂辅助。
作者： Yingcai Fan，Xikui Ma，Junru Wang，Xiaohan Song，Aizhu Wang，Hong Liu，Mingwen Zhao
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研究概述 实验方案

研究目的

研究二维Janus III族硫属化合物多层膜中的高效整体水分解及其本征电场和空位缺陷的作用。

研究成果

二维Janus型III族硫属化合物多层膜是极具前景的高效全解水光催化剂，其本征电场和空位缺陷对提升光催化性能起关键作用。理论太阳能-氢能转换效率可达38.5%，InGaSSe双层膜中的镓空位能有效降低析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的过电位，使反应仅需光生载流子提供的电势即可进行。

研究不足

该研究基于理论计算和模拟，可能无法完全涵盖所有实验条件和变量。这些材料作为光催化剂的实际应用可能在合成、稳定性和规?；矫婷媪偬粽?。

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