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半导体光催化技术在缓解能源危机与环境污染治理中起着关键作用,特别是高效半导体光催化剂扮演着十分重要的角色。然而,大多数半导体光催化剂带隙不匹配、光生载流子复合几率高,极大限制了其在光催化领域的实际应用。二维结构由于具有比表面积大、结构丰富、电子结构易调控等特点,为设计新型二维半导体光催化剂提供了新的契机。本文主要采用第一性原理方法研究了MoO2/WO2异质结的光催化特性,主要结论如下:(1)采用第一性原理方法研究了 MoO2/WO2层间异质结的电子结构和光催化特性。研究表明,MoO2/WO2层间异质结存在五种堆垛形式,其结合能在57.33～65.33 meV/atom之间,比双层石墨烯、石墨烯/氮化硼的结合能要大,表明MoO2/WO2可以形成稳定的范德华异质结。MoO2/WO2异质结的带隙为1.71 eV,比完整的单层MoO2、WO2的带隙(1.83eV、1.88eV)略小。MoO2/WO2异质结带边位置表明其属于典型的Ⅱ型异质结。投影电荷密度表明异质结的价带顶由WO2层决定,而导带底由MoO2层决定。导带底与价带顶局域电荷密度表明,光生电子局域在WO2层,光生空穴局域在MoO2层,从而可以实现光生载流子的有效空间分离。光吸收谱的计算表明,在可见光相应范围内Mo02/W02层间异质结的吸收峰明显高于单层MoO2、WO2,表明构建范德华异质结有利于提高光催化效率。(2)采用第一性原理研究了 A-MoO2/WO2异质结与Z-MoO2/WO2异质结的几何结构和电子结构特征。计算表明A型与Z型异质结的形成能都随着宽度n的增加逐渐趋于恒定值。电子结构表明A-MoO2/wO2异质结价带顶与导带底均在Γ点,属于直接带隙半导体;而Z-MoO2/wO2异质结的价带顶处在r点,导带底位于Γ点与K点之间,呈现间接带隙特征,且两者带隙均随着异质结宽度增加而逐渐减小并趋于恒定值。能带投影电荷密度图展示了两者导带底均由MoO2提供,价带顶由WO2提供,表明MoO2/WO2面内异质结可以实现光生电子-空穴对空间上的分离,延长光生载流子寿命。我们的计算结果表明,MoO2/WO2异质结不仅相对于单一MoO2、W02来说有较好的光响应范围,而且能够有效实现光生载流子的空间分离,延长光生载流子的寿命。特别是相对MoS2/WS2异质结来说,MoO2/WO2异质结作为光催化剂无SO2副产物生成,这表明MoO2/WO2异质结有望成为极具潜力的光催化剂。