采用第一性原理計(jì)算方法,系統(tǒng)研究了新型二維Zr₂CO₂/In S異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)和光催化性能。計(jì)算結(jié)果顯示,二維Zr₂CO₂/In S異質(zhì)結(jié)是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料,晶格失配率低于3%,形成能為–0.49 e V,說明其具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu);Zr₂CO₂/In S異質(zhì)結(jié)的帶隙值為1.96 e V,對應(yīng)較寬的可見光吸收范圍,且吸收系數(shù)高達(dá)10⁵ cm^–1;異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出Ⅱ型能帶對齊,價(jià)帶和導(dǎo)帶的帶偏置分別為1.24和0.17 e V,表明光生電子從Zr₂CO₂層轉(zhuǎn)移到In S層,而光生空穴則與之相反,從而實(shí)現(xiàn)了電子和空穴在空間上的有效分離。另外,In S是間接帶隙半導(dǎo)體材料,能夠進(jìn)一步降低電子和空穴的復(fù)合率。綜上所述,新型二維Zr₂CO₂/In S異質(zhì)結(jié)是一種潛在的可見光光催化劑。 

【文章來源】：無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2020,35(09)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

二維(a)Zr2CO2和(b)In S的俯視圖以及(c)Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)的側(cè)視圖

圖1 二維(a)Zr2CO2和(b)In S的俯視圖以及(c)Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)的側(cè)視圖衡量半導(dǎo)體材料光催化性能的一個(gè)重要參數(shù)是光吸收系數(shù)。基于此,我們計(jì)算了單層In S和Zr2CO2以及Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)的光吸收系數(shù),得到了與文獻(xiàn)[24]報(bào)道相吻合的計(jì)算結(jié)果。Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)的吸收邊發(fā)生了紅移,拓寬了對可見光的吸收范圍,提高了在可見光區(qū)域的光學(xué)響應(yīng)(圖4)。與單獨(dú)的單層In S和Zr2CO2相比,Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)在可見光區(qū)域的吸收強(qiáng)度有了明顯改善,結(jié)合了In S和Zr2CO2兩者的優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí),Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)中光生電子和空穴分別位于In S和Zr2CO2中,實(shí)現(xiàn)了電子–空穴對的有效分離,減少了電子和空穴的復(fù)合。因此,Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)具有良好的光吸收性能和低的電子–空穴復(fù)合率,是一種良好的可見光光催化材料。

以標(biāo)準(zhǔn)氫電極(SHE)電位為參考的二維In S、Zr2CO2和Zr2CO2/In S異質(zhì)結(jié)的帶隙值與能帶偏置


本文編號：3535300