二维Ⅲ族硫化物Janus多层结构的高效光解水特性:内建电场和空位缺陷效应（英文）

二维范德华材料被广泛用作光分解水催化剂,但其直接的能量转化效率有待提高.因此,寻找具有高效光解水催化特性的二维材料成为理论和实验研究的热点.本文从量子力学第一性原理出发,预言了一类具有高效光解水特性的光催化剂:二维Ⅲ族硫化物Janus多层结构InGaXY,M2XY和InGaX2(M=In/Ga;X,Y=S/Se/Te).理论计算表明,多层材料的内建电场不仅可以促进光生载流子的空间分离,而且可以有效地调控材料能带的位置,提高能量转化效率.Janus多层材料能量转化效率的理论上限可以达到38.5%,接近了理论极限值(47%).更重要的是,在InGaSSe双层引入Ga空位可以有效降低析氢和析氧反应的过电势,仅仅依靠光生载流子提供的电压就可以驱动光解水催化反应.该理论结果不仅预言了二维Ⅲ族硫化物Janus多层材料可以作为高效的光解水催化材料,而且为设计和寻找高效光催化材料提供了新思路.