Nano Lett. | Z-scheme异质结:堆叠调控间接-直接带隙转变

发布网友发布时间：2024-10-02 10:14

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热心网友时间：2024-12-11 02:44

Nano Lett.的研究揭示了一种新的策略，即Z-scheme异质结的堆叠*，通过改变间接带隙半导体的组合，实现了间接-直接带隙的转变，这对于光催化应用具有重要价值。这项由中国科学技术大学的胡伟和杨金龙团队主导的研究，由张茜、熊远帆等人共同完成，他们利用第一性原理的高通量计算方法，逆向设计了这种异质结构，以最大化支持Z-scheme的主导载流子迁移。

该研究的关键创新在于，团队不仅关注传统的能带对齐，还结合了载流子在k空间中的动量匹配，这在设计Z-scheme异质结时至关重要。他们通过在二维双层范德瓦尔斯异质结中堆叠间接带隙半导体，形成直接带隙结构，从而优化了光生电荷的迁移路径，突破了全水分解所需的带隙*。研究中，他们针对73种间接半导体进行了高通量计算，最终筛选出26种可能的堆叠组合，如HfBrCl/MoSTe异质结。

通过基态和激发态计算，团队验证了这些材料的电子结构特性，包括能带排列、层间激子分布和光生载流子迁移，以及析氢和析氧反应的吉布斯自由能，从而全面评估了它们在光催化性能上的潜力。这些发现不仅对光催化全水分解具有积极影响，还可能推动光电转换效率的提升，对光电应用具有广泛的应用前景。