理论计算在GaN 范德华异质结的光催化的研究进展

应 豪，徐京城

（上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093）

在“碳达峰、碳中和”目标指引下，寻找储量丰富且清洁的新能源迫在眉睫。太阳能因其储量丰富、无污染、清洁等优点备受瞩目；此外氢气作为一种可再生能源，以其能量密度高、温室气体和污染物零排放而受到广泛关注。自从1972 年日本科学家 Fujishima 等发现TiO单晶表面在紫外光照射下可以将水分解为O和H，开创了半导体作为光催化剂分解水制备H这一可持续发展技术。近半个世纪以来，科学家们通过理论预测以及实验合成等方法制备了大量的光催化剂。目前这些光催化剂材料主要可以概括为以下4 种：纯半导体光催化剂（金属氧化物，硫化物，含有d或d过渡金属阳离子的氮化物）、固溶体光催化剂、Z 型光催化剂、Ⅱ型异质结纳米复合光催化剂。对于Ⅱ型异质结纳米复合光催化剂中由一些新型二维材料以及它们互相组成的异质结复合材料也是当前光催化研究的热点之一。自2004 年单层石墨烯被发现以来，以其为代表的各类二维晶体材料由于具有优异的物理、化学性质，并且在光电子器件、催化和能源领域表现出广阔的应用前景而受到广泛关注。目前，二维材料主要包括过渡金属硫系化合物（transition metal dichalcogenides，TMDCs）、黑磷（black phosphorus，BP）、六方氮化硼（hexagonal boron nitride，h-BN）等。具有高比表面积、低缺陷浓度以及可调带隙的二维半导体材料作为光催化剂候选材料迎来了快速发展。

对合适的高效光催化剂来说，带隙大小并不是唯一的关键因素，合适的带边位置（水的氧化还原电位）也十分重要。……