【摘 要】
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太阳能驱动半导体催化水分解产氢,是解决环境污染和能源需求问题的一种重要途径。二维（Two-Dimensional,2D）Ⅲ-Ⅵ族化合物的Janus结构XM2Te（M=In,Ga;X=S,Se）具有合适的带边位置、适中的带隙和优异的光学性质,被认为是能够应用于光催化和太阳能电池领域的潜在材料。然而,单层XM2Te由于有限的分离能力、较低的光电转化效率（PCE）,而限制了它在光催化领域的实际应用。利用
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太阳能驱动半导体催化水分解产氢,是解决环境污染和能源需求问题的一种重要途径。二维（Two-Dimensional,2D）Ⅲ-Ⅵ族化合物的Janus结构XM2Te（M=In,Ga;X=S,Se）具有合适的带边位置、适中的带隙和优异的光学性质,被认为是能够应用于光催化和太阳能电池领域的潜在材料。然而,单层XM2Te由于有限的分离能力、较低的光电转化效率（PCE）,而限制了它在光催化领域的实际应用。利用2D材料构建type-II型范德瓦尔斯（vd W）异质结是一种有效分离电子空穴对、提高PCE的手段。本文利用HSE06的第一性原理计算方法,构建基于XM2Te（M=In,Ga;X=S,Se）的直接带隙type-II型能带排列的范德瓦尔斯异质结,系统的研究在光催化水分解产氢方面的应用。本文的内容如下:（1）我们基于XM2Te（M=In,Ga;X=S,Se）搭建层状范德瓦尔斯异质结,利用第一性原理能量计算和能带结构计算筛选合适的type-II型异质结。结果表明AB堆垛的Te-Te界面是最稳定的堆垛类型,其中SIn2Te/TeIn2Se异质结具有1.50e V的带隙和适合水裂解的带边位置,而且是典型的直接带隙type-II型半导体。SIn2Te/TeIn2Se异质结相比于单层有更广的光吸收谱和更强的光吸收系数(～5x104cm-1),SIn2Te/TeIn2Se异质结在可见光范围内达到20.6%光吸收率和18.5%的光电转化效率。优异的光电子性能表明SIn2Te/TeIn2Se异质结是极具潜力的光催化水解催化剂。（2）我们研究了外力场对SIn2Te/TeIn2Se光催化性能的影响,结果表明,层间距在2.80?到4.00?之间,异质结始终保持直接带隙type-II型能带排列的特征和合适于水解的带边位置,而且随着层间距的增加,异质结的光电转化效率达到了21%,同时依然保持着优异的光吸收性能。SIn2Te/TeIn2Se异质结在平面应力-1.00%到1.50%的范围内优异的光催化性能得到很好的保持。（3）我们研究还表明SIn2Te/TeIn2Se异质结也是优异的太阳能电池单元。因此,我们进一步研究了外加电场对异质结光电性能的影响,结果表明,在正的电场作用下,异质结依然保持着优异的太阳能收集能力和稳定的电子结构。说明SIn2Te/TeIn2Se异质结不仅是性能优异的光催化剂,而且是性能稳定的光电池单元。
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