一种基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法

本发明涉及光催化水分解领域，具体涉及一种基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法。

背景技术：

1、自从单层石墨烯被成功制备后，各个领域都掀起了对二维材料的研究浪潮。相比于块状材料，二维材料在力学、电学、光学和磁学等方面有许多新奇的性质。二维材料在光催化水分解方面也有良好的表现，二维材料有大的比表面积，因此在其表面相处分布着充足的活性位点。不仅如此，二维材料的厚度只有纳米级别所以光生的电子空穴可以在短时间内迁移至二维材料的表面发生氧化还原反应。除此之外二维材料的光吸收能力强，可以利用充分利用太阳能提高水分解的效率，二维材料的性质更容易通过应变、电场、掺杂和缺陷等手段进行调控。

2、硒化镓是典型的层状结构，单层硒化镓有良好的开关电流比，其优异的性能引起了非线性光学和光电子学领域的广泛关注，因此单层硒化镓的制备方法已经相当完善。单层的硒化镓具有较大的带隙，其带边势能可以轻易的跨越水分解的氧化还原电势实现水分解。但是较大的带隙也导致了单层硒化镓不能有效地利用太阳光，所以它并不能作为高效的光催化剂。单层二硫化锆具有良好的载流子迁移率和热力学稳定性，其在太阳能电池领域的应用已经被广泛的研究。低压化学气相沉积和传统剥离方法可以很容易地制备单层二硫化锆。单层二硫化锆具有很好的可见光响应，但是其带边位置并不适合光催化水分解。在本发明中将单层硒化镓和二硫化锆进行堆叠形成z型异质结，并通过在异质结的硒化镓层表面吸附se原子和zn原子来增强光吸收、电子与空穴的氧化还原能力，并且通过第一性原理计算方法模拟和分析其水解能力。

技术实现思路

1、本发明提供了基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法，解决了现有技术中单层二硫化锆和单层硒化镓水分解效率低的问题。

2、本发明的技术解决措施如下：首先将单层材料进行结构优化，使两种单层材料的晶格失配度可以满足构成异质结的要求，将优化后的单层材料进行组合，并且通过改变堆叠方式设计不同的构型的异质结。通过计算异质结的结合能，确定异质结的热力学稳定性，并从不同的异质结中选择出其中结合能最低的异质结，并对这个异质结进行更高精度的结构优化。在确定好异质结的晶体结构后，使用hse06泛函计算异质结的能带结构以及分波态密度，确定异质结的带隙和能带排布方式。用差分电荷密度方法和静电势能研究分析在异质结界面处的电荷转移情况和内建电场；通过对硒化镓/二硫化锆异质结的能带、内建电场、载流子迁移率和光吸收进行计算确定异质结的光催化机理。在异质结的硒化镓层表面吸附了se原子和zn原子，计算其能带结构以及带边位置，研究原子吸附下异质结的水解能力，利用原子吸附可以有效的优化异质结的能带结构，提升光催化性能。

3、本发明的有益效果在于：通过构建硒化镓/二硫化锆异质结有效的分离了电子空穴，提高光催化的效率；

4、硒化镓/二硫化锆异质结复合z型水解机制，提高了电子空穴的氧化还原能力；

5、通过构建硒化镓/二硫化锆异质结大大的提高了光捕获的能力提高了光催化的效率；

6、通过在gase层表面吸附了se原子和zn原子可以提高硒化镓/二硫化锆异质结的水分解能力。

技术特征：

1.一种基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法，其特征在于，包括有以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法，其特征在于：步骤s1中将材料结构优化后的单层硒化镓和二硫化锆材料的晶格常数分别是3.82å和3.68å，单层硒化镓和二硫化锆材料的晶格失配率为3.66%，满足构建异质结的要求。

3.根据权利要求1所述的一种基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法，其特征在于：硒化镓/二硫化锆异质结的结合能是负值、晶格常数是 3.735 å 。硒化镓/二硫化锆异质结的晶格常数大于单层二硫化锆的晶格常数小于单层硒化镓的晶格常数

4.根据权利要求1所述的一种基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法 ，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种基于原子吸附增强二维硒化镓/二硫化锆异质结水分解性能的方法，通过构建独特的原子吸附硒化镓/二硫化锆异质结结构，可以实现高效的光催化水分解；提出的吸附增强结构可以通过调节吸附Se原子和Zn原子的数目有效调控硒化镓/二硫化锆异质结的电子结构和能隙大小，并同时保持Z型结构，提高了电子空穴的氧化还原能力；原子吸附增强硒化镓/二硫化锆异质结大大提高了光捕获的能力，在可见光范围内光吸收系数最高超过1×105 cm‑1，在紫外光范围内吸收系数最高可以达到8×105 cm‑1，最高STH效率达到51%；通过在硒化镓层表面吸附了Se原子和Zn原子可以提高硒化镓/二硫化锆异质结的完全水分解能力。

技术研发人员：葛传鹏,邓洪祥,郝泰宇,匡盼盼
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2025/1/20