二维层状WS_(2)/ZnO范德华异质结光催化剂的设计与理论研究

范德华异质结(vdWH)的构建是一种提高二维材料性能的有效途径,借助第一性原理计算方法系统地研究了WS_(2)/ZnO vdWH的晶体结构及其电子、光催化和光学性质。计算结果表明,二维WS_(2)/ZnO vdWH具有II型能带排列特征,能有效分离光生载流子,提升载流子分离效率。由于电子会自发从WS_(2)转移到ZnO单层,WS_(2)/ZnO vdWH层间会形成内建电场,有效抑制光激发载流子的复合。与WS_(2)和ZnO两个单层相比,WS_(2)/ZnO vdWH的光学吸收系数在可见光区明显提高,数量级可达104 cm-1,具有增强的太阳能利用效率。通过能带排列计算发现,酸性条件比中性或碱性条件更利于WS_(2)/ZnO vdWH的光催化水解反应。此外,还探究了机械应变对WS_(2)/ZnO vdWH电子和光催化性质的影响规律,发现施加双轴拉伸应变可以调控WS_(2)/ZnO vdWH的II型异质结转变为I型异质结,有望应用于光电器件领域。上述结果表明,WS_(2)/ZnO vdWH是一种极具应用潜力的分解水光催化剂,计算结果可以为WS_(2)/ZnO vdWH的设计和制备提供理论指导和科学依据。