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1.71×10~6 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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