目 錄

第一章 緒 論 1

1．1 半導(dǎo)體光催化分解水制氫 1

1．2 二維半導(dǎo)體材料光催化劑 2

1．2．1 二維半導(dǎo)體材料光催化劑現(xiàn)狀 2

1．2．2 調(diào)控光催化性能的途徑 4

1．3 模擬計(jì)算在光解水催化劑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 7

參考文獻(xiàn) 8

第二章 材料的第一性原理物性計(jì)算 13

2．1 密度泛函理論基本原理 13

2．1．1 密度泛函理論 13

2．1．2 交換相關(guān)能量泛函 15

2．1．3 VASP軟件簡介 16

2．2 物性計(jì)算 17

2．2．1 激子結(jié)合能和電偶極矩 17

2．2．2 帶邊電位 17

2．2．3 載流子遷移率 18

2．2．4 空位形成能 18

2．2．5 摻雜形成能 19

2．2．6 異質(zhì)結(jié)形成能和成鍵能 19

2．2．7 太陽能轉(zhuǎn)化成氫能效率 19

2．2．8 自由能差 20

參考文獻(xiàn) 22

第三章 金原子吸附的氧化石墨烯光催化性能的理論研究 25

概述 25

3．1 研究背景 25

3．2 研究方法 27

3．3 研究結(jié)果與討論 27

3．4 結(jié)論 35

參考文獻(xiàn) 35

第四章 硫化鎘納米管光催化性能的理論研究 41

概述 41

4．1 研究背景 41

4．2 研究方法 42

4．3 研究結(jié)果與討論 43

4．3．1 六角形平面CdS單層 43

4．3．2 CdS納米管 45

4．3．3 CdS納米管平面異質(zhì)結(jié) 52

4．4 結(jié)論 55

參考文獻(xiàn) 55

第五章 一維藍(lán)磷納米管光催化性能的理論研究 60

概述 60

5．1 研究背景 60

5．2 研究方法 62

5．3 研究結(jié)果與討論 63

5．3．1 二維六角BP單層 63

5．3．2 藍(lán)磷納米管 66

5．4 結(jié)論 75

參考文獻(xiàn) 76

第六章 二維異質(zhì)結(jié)GeS/WS2作為“Z”型光催化材料的理論研究 82

概述 82

6．1 研究背景 82

6．2 研究方法 85

6．3 研究結(jié)果與討論 86

6．3．1 GeS/WX2(X=O，S，Se，Te)vdW異質(zhì)結(jié)的

電子結(jié)構(gòu) 86

6．3．2 孤立的GeS和WS2單層的結(jié)構(gòu)和電子特性 87

6．3．3 GeS/WS2異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)和電子特性 89

6．3．4 GeS/WS2異質(zhì)結(jié)的光催化分解水活性 92

6．3．5 GeS/WS2異質(zhì)結(jié)的催化穩(wěn)定性 95

6．4 結(jié)論 97

參考文獻(xiàn) 97

第七章 g�睠3N4/MoS2分解水光催化劑中用于界面電荷轉(zhuǎn)移的

金屬高速通道 107

概述 107

7．1 研究背景 107

7．2 研究方法 109

7．3 研究結(jié)果與討論 110

7．3．1 孤立的MoS2和g�睠3N4單層 110

7．3．2 g�睠3N4/MoS2范德華異質(zhì)結(jié) 112

7．3．3 由合適的金屬構(gòu)建的界面高速電荷傳輸通道 116

7．4 結(jié)論 122

參考文獻(xiàn) 122

第八章 Janus WSSe單層：一種優(yōu)良的全解水光催化劑 128

概述 128

8．1 研究背景 128

8．2 計(jì)算方法 129

8．3 研究結(jié)果與討論 130

8．3．1 WSSe單層的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu) 130

8．3．2 Janus WSSe單層的光催化性能 132

8．3．3 水分解的表面氧化還原反應(yīng) 136

8．4 結(jié)論 144

參考文獻(xiàn) 144

第九章 單組分Janus過渡金屬二硫族化物基光催化分解水催化劑 150

概述 150

9．1 緒論 150

9．2 Janus TMDCs的實(shí)驗(yàn)性合成 152

9．3 水分子的吸附 153

9．4 太陽光的利用 155

9．5 電荷分離和傳輸 158

9．6 表面化學(xué)催化反應(yīng) 160

9．7 結(jié)論和展望 161

參考文獻(xiàn) 162

第十章 二維Janus vdW異質(zhì)結(jié)材料光解水催化劑 168

概述 168

10．1 緒論 168

10．2 Janus異質(zhì)結(jié)材料的合成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 170

10．3 Janus異質(zhì)結(jié)材料的基本屬性 171

10．3．1 電子結(jié)構(gòu) 171

10．3．2 光學(xué)特性 174

10．4 Janus異質(zhì)結(jié)材料在光催化全解水領(lǐng)域的應(yīng)用 176

10．5 結(jié)論和展望 177

參考文獻(xiàn) 180

第十一章 二維鐵電材料AgBiP2Se6單層光解水催化性質(zhì)的探索 192

概述 192

11．1 研究背景 192

11．2 計(jì)算方法 194

11．3 研究結(jié)果與討論 194

11．3．1 幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光吸收 194

11．3．2 能帶排列 199

11．3．3 能量轉(zhuǎn)換效率 201

11．3．4 水分子吸附 202

11．3．5 氧化還原機(jī)理 204

11．4 結(jié)論 208

參考文獻(xiàn) 209

附錄 符號表 216