基于新型二维范德瓦尔斯异质结材料的第一性原理研究
二维材料及其杂化异质结的结构与电子性质的第一性原理研究
二维材料及其杂化异质结的结构与电子性质的第一性原理研究二维材料及其杂化异质结的结构与电子性质的第一性原理研究近年来，二维材料在材料科学领域引起了广泛的关注。
二维材料是指材料中只有两个原子层的薄片，具有独特的结构和性质。
由于其特殊的二维结构，二维材料表现出与体材料截然不同的物理和化学特性。
二维材料在电子学、光学、能源和催化等领域具有潜在的应用价值。
与此同时，将不同的二维材料组合在一起形成杂化异质结，可以进一步调控其性质，并拓宽其应用领域。
在这篇文章中，我们将从第一性原理的角度探讨二维材料及其杂化异质结的结构与电子性质。
首先，我们需要了解二维材料的基本结构和性质。
最早被发现的二维材料是石墨烯，由单层碳原子组成，具有优异的热导率和电导率。
接下来，学界发现了许多其他具有二维结构的材料，如二硫化钼（MoS2）、二硒化硒（Se2）等，它们具有不同的晶体结构和化学性质。
二维材料的晶体结构、晶格常数、原子间距以及晶体方向等参数将直接影响其电子结构和性质。
通过第一性原理计算，我们可以获得二维材料的电子能带结构、态密度和电荷密度等信息。
电子能带结构可以揭示材料的导电性能，而态密度和电荷密度则反映了电子在材料中的分布情况。
这些计算结果对于理解二维材料的电子性质和响应行为非常重要。
随后，我们可以将不同的二维材料通过化学键或物理相互作用的形式组合成杂化异质结。
这种组合可以调控材料的光学、电学、磁学等性质，并产生新的化学反应途径。
例如，将石墨烯和二硫化钼组合形成的异质结具有更高的光电性能和催化活性。
通过第一性原理计算，我们可以研究异质结的结构、能带对齐以及电荷传输等信息，进一步指导杂化异质结的设计和应用。
另一方面，通过调控二维材料的形貌、尺寸和缺陷等因素，也可以对其电子性质进行调节。
例如，在二硫化钼中引入硫空位或金属离子掺杂，可以调整材料的能隙和电子结构。
这些缺陷和掺杂会对二维材料的电荷传输和催化性能产生重要影响。
通过第一性原理模拟，我们可以预测不同缺陷和掺杂对材料性质的影响，并为实验提供指导。
第一篇二维材料范德华异质结的文章
第一篇二维材料范德华异质结的文章
抱歉，我无法提供特定的文章。
然而，以下是关于二维材料范德华异质结的一般介绍：
二维材料是仅有一层原子厚度的材料，具有特殊的电子性质和结构特征。
范德华异质结是由两种不同的二维材料通过范德华力（Van der Waals force）相互堆叠形成的结构。
这种异质结构具有独特的性质，可以在电子输运、光电器件和能源存储等领域中发挥重要作用。
范德华异质结的形成主要依赖于范德华力，这是一种弱吸引力作用力，可以在不同的二维材料之间产生相互吸引的作用。
通过调节不同材料的层数和堆叠序列，可以实现不同的异质结构。
范德华异质结的电子性质通常由两种材料的能带结构决定。
在范德华异质结界面附近，由于能带的重叠和调控，可以出现新的能带结构和能级调控效应。
这些新能带和能级调控可以显著改变材料的电子输运性质，例如调控电子迁移率和载流子浓度。
范德华异质结还可以在光学和光电器件中发挥重要作用。
由于不同材料的光学性质差异，异质结可以实现光学吸收和发射的调控，从而在光电转换和光传感等应用中具有潜在的优势。
范德华异质结是一种具有特殊电子性质和结构特征的二维材料结构。
通过调控范德华力和能带结构，可以实现对电子输运和光学性质的调控，为新型电子器件和光电器件的开发提供了新的思路和途径。
二维材料及其范德瓦尔斯异质结在太赫兹波产生与调制中的应用研究
二维材料及其范德瓦尔斯异质结在太赫兹波产生与调制中的应用研究太赫兹波段相关应用技术的发展离不开对太赫兹波段光电功能器件的设计和优化。
二维材料因其原子级的厚度和相应的独特物理性质,被认为是未来实现小型化、集成化功能器件的优良材料。
而基于二维材料与三维材料相结合的范德瓦尔斯异质结,目前已经被应用于提高传统光电器件的性能。
在太赫兹波段,二维材料以及二维/三维范德瓦尔斯异质结已被用于制备性能优良的太赫兹波调制器,且有望实现高效太赫兹波产生。
基于此,一方面,本文选择二维半金属材料石墨烯以及二维绝缘材料氮化硼,将其分别与硅接触形成多维混合型范德瓦尔斯异质结(Mixed-dimensional van der Waals heterostructure),详细研究了界面的物理过程对太赫兹波产生和调制的增强作用。
另一方面,本文将石墨烯与超材料设计相结合,设计了石墨烯基超材料,利用石墨烯中的表面等离子体增强了石墨烯对太赫兹波的调制。
本文的主要工作和创新性如下:(1)石墨烯/半导体范德瓦尔斯异质结界面中良好的载流子输运特性已经被用于提升传统的电子和光电子器件性能。
然而,传统的界面探测方式对于范德瓦尔斯界面信息的探测能力有限,而且带有一定的损伤性。
基于这个问题,我们提出了一种主动控制范德瓦尔斯异质结界面中太赫兹波产生的方法,并将该方法发展为新型的基于太赫兹界面辐射探测范德瓦尔斯界面光电特性的技术,用于测量石墨烯/二氧化硅/硅界面耗尽层内建电场和界面态中的载流子动力学过程。
通过施加偏压的方法,可实现对太赫兹波产生44%的正向以及70%的反向调控。
基于主动控制太赫兹波产生的光谱技术提供了一个观察界面耗尽、弱反型和强反型状态的途径,通过对强反型界面状态的分析,结合对界面中电场致光整流效应(EFIOR:electric field induced optical rectification)的理解,可以计算出石墨烯/二氧化硅/硅界面的耗尽层内建电场电势为-0.15 V。
二维材料范德华间隙的利用
物 理 化 学 学 报Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (11), 2010051 (1 of 16)Received: October 23, 2020; Revised: November 21, 2020; Accepted: November 23, 2020; Published online: December 1, 2020.*Corresponding author. Email: yongjigong@; Tel.: +86-185********.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51872012) and the Key Technologies Research and Development Program of China (2018YFA0306900).国家自然科学基金(51872012)和国家重点研发计划(2018YFA0306900)资助项目 © Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica[Review] doi: 10.3866/PKU.WHXB202010051 Utilization of the van der Waals Gap of 2D MaterialsHaifeng Que, Huaning Jiang, Xingguo Wang, Pengbo Zhai, Lingjia Meng, Peng Zhang, Yongji Gong * School of Materials Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China.Abstract: Since their discovery, two-dimensional (2D) materials haveattracted significant research attention owing to their excellent andcontrollable physical and chemical properties. These materials haveemerged rapidly as important material system owing to their uniqueproperties such as electricity, optics, quantum properties, and catalyticproperties. 2D materials are mostly bonded by strong ionic or covalentbonds within the layers, and the layers are stacked together by van derWaals forces, thereby making it possible to peel off 2D materials with fewor single layers. The weak interaction between the layers of 2D materialsalso enables the use of van der Waals gaps for regulating the electronicstructure of the system and further optimizing the material properties. Theintroduction of guest atoms can significantly change the interlayer spacing of the original material and coupling strength between the layers. Also, interaction between the guest and host atom also has the potential to change the electronic structure of the original material, thereby affecting the material properties. For example, the electron structure of a host can be modified by interlayer guest atoms, and characteristics such as carrier concentration, optical transmittance, conductivity, and band gap can be tuned. Organic cations intercalated between the layers of 2D materials can produce stable superlattices, which have great potential for developing new electronic and optoelectronic devices. This method enables the modulation of the electrical, magnetic, and optical properties of the original materials, thereby establishing a family of 2D materials with widely adjustable electrical and optical properties. It is also possible to introduce some new properties to the 2D materials, such as magnetic properties and catalytic properties, by the intercalation of guest atoms. Interlayer storage, represented by lithium-ion batteries, is also an important application of 2D van der Waals gap utilization in energy storage, which has also attracted significant research attention. Herein, we review the studies conducted in recent years from the following aspects: (1) changing the layer spacing to change the interlayer coupling; (2) introducing the interaction between guest and host atoms to change the physico-chemical properties of raw materials; (3) introducing the guest substances to obtain new properties; and (4) interlayer energy storage. We systematically describe various interlayer optimization methods of 2D van der Waals gaps and their effects on the physical and chemical properties of synthetic materials, and suggest the direction of further development and utilization of 2D van der Waals gaps.Key Words: Two-dimensional materials; van der Waals gap; Intercalation technology; Interlayer interaction;Performance optimization; Energy storage. All Rights Reserved.二维材料范德华间隙的利用阙海峰，江华宁，王兴国，翟朋博，孟令佳，张鹏，宫勇吉*北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京 100191摘要：二维材料因为其优异且可调的各种物理化学性质自被发现以来就引起了科研工作者的极大关注。
范德瓦尔斯异质结构建模型
范德瓦尔斯异质结构建模型全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：范德瓦尔斯异质结构是一种新型的材料结构，由两种或多种不同的原子层堆叠而成。
它的特性在于在层间和层内的相互作用相对较弱，因此具有许多独特的物理性质。
范德瓦尔斯异质结构最初是由荷兰物理学家范德瓦尔斯提出的，其特点是由非共价键相互作用而形成的。
范德瓦尔斯异质结构在电子学、光电子学、热电子学等领域有着广泛的应用。
它的独特结构和性质为我们提供了一种全新的材料设计思路。
在范德瓦尔斯异质结构中，通过合理设计原子层的排列和选择不同的原材料，可以实现许多优异的电子和光学性能，比如量子点、量子阱、异质结构等。
范德瓦尔斯异质结构的建模是研究这种新型材料的关键。
建模可以帮助我们更深入地了解其内部结构和物理性质，从而为材料的设计和性能优化提供指导。
下面我们将介绍一种常用的范德瓦尔斯异质结构建模方法。
范德瓦尔斯异质结构建模的方法之一是第一性原理计算。
该方法基于量子力学原理，通过求解薛定谔方程来描述材料的电子结构和性质。
通过第一性原理计算，可以计算出材料的能带结构、电子密度分布、原子间相互作用等关键参数，进而预测材料的电子输运性质、光学性能等。
第一性原理计算是一种基于数学和物理的理论方法，需要借助计算机进行大量的计算。
首先需要确定材料的晶体结构，然后建立晶体结构模型，确定原子的位置和化学键的类型。
接着通过求解薛定谔方程，计算出材料的波函数和能带结构。
最后根据得到的结果，分析材料的性质和行为。
除了第一性原理计算外，还可以通过分子动力学模拟、密度泛函理论等方法进行范德瓦尔斯异质结构的建模。
这些方法可以帮助我们更全面地了解材料的结构和性质，为材料的设计和性能优化提供依据。
第二篇示例：范德瓦尔斯异质结构是一种常见的纳米材料，具有多种应用价值，因此其建模研究具有重要意义。
近年来，科学家们通过理论模拟和实验研究，不断探索范德瓦尔斯异质结构的性质和应用，取得了一系列突破性进展。
基于MXene_GaN范德瓦尔斯异质结的光电探测器和LED研究
华中科技大学硕士学位论文摘要二维过渡金属碳化物或氮化物（MXene）是一类新型的二维材料。
自其在2011年首次被Yury Gogotsi等人发现以来，MXene已获得科学界的广泛关注。
因其具有金属导电性、大的比表面积和亲水性等特性，MXene现已被广泛应用于超级电容器、压力传感器、锂离子电池和电磁屏蔽等领域。
然而迄今为止，MXene与传统半导体材料的异质结器件仍鲜有报道，有待进一步研究。
本论文以研究MXene/氮化镓（GaN）范德瓦尔斯异质结的性质并探究其潜在的应用为目的，设计制作了MXene/(n/p)-GaN范德瓦尔斯异质结器件，分别研究了其在光电探测和LED领域的应用。
论文的创新点和主要内容如下：（1）成功制备出MXene纳米片并对其进行了表征。
我们利用盐酸（HCl）和氟化锂（LiF）的混合液刻蚀MAX相，一步合成出单层MXene纳米片的胶体溶液，并通过相关表征证明了我们合成的MXene具有较好的质量。
（2）研制出基于MXene/n-GaN范德瓦尔斯异质结的自驱动光电探测器。
我们采用滴涂法把MXene胶体溶液滴涂在n-GaN基底上，在室温中自然干燥形成MXene/n-GaN范德瓦尔斯异质结后将其制作成光电探测器。
我们研究了MXene溶液浓度对器件性能的影响，发现使用0.05 mg/mL的MXene溶液制作的器件有较好的探测性能。
在入射光功率密度为96.9 μW/cm2的365 nm紫外光源照射下，此器件具有较快的响应速度（60 ms）和回复速度（20 ms）、较高的响应度（44.3 mA/W）和开关比（~11300）。
（3）研制出基于MXene/p-GaN范德瓦尔斯异质结的LED器件。
我们采用滴涂法制作了基于MXene/p-GaN范德瓦尔斯异质结的LED器件，该LED器件在较大的偏压范围内（4 ~ 22 V）都保持着稳定的橙光发射，具有较好的电稳定性和热稳定性。
我们进一步对LED器件在22 V偏压下的电致发光（EL）光谱进行了高斯分峰，并将其分为紫外光（376 nm）、蓝光（436 nm）、橙光（602 nm）以及红光（706 nm）这四个波段。
第一性原理研究
“第一性原理研究”资料合集目录一、二维GeSphosphorene异质结光电性质的第一性原理研究二、过渡金属氧化物电子结构与性质的第一性原理研究三、钴团簇，金团簇和硅纳米线的第一性原理研究四、3d过渡金属掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究五、聚变堆第一壁材料氢行为和力学性质的第一性原理研究六、二维半导体材料InSe基范德华异质结的第一性原理研究二维GeSphosphorene异质结光电性质的第一性原理研究随着科技的不断发展，以石墨烯为代表的二维材料在光电领域的应用价值日益显现。
然而，尽管石墨烯的电学和光学性质已经被广泛研究，但其直接带隙小的问题严重阻碍了其在光电设备中的应用。
为了解决这一问题，一种新型的二维材料——GeSphosphorene（GeS磷烯）被提出来作为石墨烯的可能替代品。
GeSphosphorene是一种由硒化锗（GeS）和磷烯（Phosphorene）组成的二维异质结。
这种材料结合了GeS的高载流子迁移率和Phosphorene的大直接带隙特性，使其在光电领域具有巨大的应用潜在本研究中，我们利用第一性原理计算方法，对二维GeSphosphorene 异质结的光电性质进行了深入的研究。
我们构建了不同构型的GeSphosphorene异质结模型，并对其电子结构和光学性质进行了详细的计算和比较。
结果显示，与石墨烯和Phosphorene相比，GeSphosphorene异质结具有显著的优点。
它的直接带隙宽度比石墨烯大得多，可以吸收更高能量的光子，这使得它在高效率的光电设备中有更大的应用潜力。
GeSphosphorene的载流子迁移率也较高，这有利于提高光电设备的运行速度和效率。
我们还发现，通过改变异质结的构型和组成比例，可以进一步优化GeSphosphorene的光电性质。
这一发现为设计具有定制化光电性质的二维材料提供了新的思路。
二维GeSphosphorene异质结在光电领域具有巨大的应用潜力。
二维材料的生长机理与功能性设计的第一性原理研究
二维材料的生长机理与功能性设计的第一性原理研究2004年石墨烯单层被发现并通过机械剥离的方法成功制备,打开了人们探索二维材料新世界的大门。
二维材料的发现在物理、化学、材料等领域引起了广泛关注。
大量二维材料的发现、合成及其特殊的性质为基础科学的研究和探索提供了新的平台,也为功能性材料的设计提供了新的材料载体。
在研究二维材料的诸多奇特性质的过程中,有一些基本问题引起了人们更多的关注,包括低维材料的合成与制备、生长机理、自旋半金属性、电子能隙调控、电子拓扑态和异质结中的性能调控等。
进一步理解或解决这些问题,对于功能性材料的性能调控和应用有着重要意义。
这篇论文使用第一性原理计算和理论分析相结合的方法,对特定二维材料体系的基本性质进行研究、调控和功能性设计。
论文的结构如下:第一章,主要介绍二维材料的种类、共性及其与常规三维材料的区别,二维材料的制备方法和生长机理等。
首先简单介绍二维材料的制备方法和相应的生长机理。
其次介绍二维材料的种类多样性和由于其低维度导致的丰富的可调性,包括物理性质、低维磁性和化学性质等。
最后简单介绍二维材料性能调控中常见的研究方法和近期取得的一些重要研究进展等。
第二章,先是简单介绍第一性原理计算的理论基础,包括密度泛函理论的基本框架、计算中常用的一些交换关联泛函和一些常用的计算程序包等。
接着介绍研究中用到的与第一性原理相结合的其它计算模拟方法。
第三章,研究了蓝磷在合适衬底上的生长机理。
通过系统对比不同衬底上蓝磷和黑磷的结合能,发现Cu(111),Au(111)和GaN(0001)有利于黑磷和蓝磷的稳定。
其中半导体材料GaN(0001)更有利于后续的器件设计和应用,可以不用转移直接进行器件设计,我们重点研究GaN(0001)衬底上磷二维单层的生长机理。
进一步地,通过能量稳定性、分子动力学和热稳定性的分析,发现在GaN(0001)衬底上,蓝磷相比黑磷有更好的稳定性。
通过系统的计算、动力学模拟和理论分析,我们发现蓝磷在GaN(0001)衬底上可能会遵循一种半层半层生长的新的模式生长。
二维材料异质结光催化分解水第一性原理研究
二维材料异质结光催化分解水第一性原理研究二维材料异质结光催化分解水第一性原理研究近年来，随着能源危机和环境污染的严重威胁，寻求可持续、清洁能源的研究备受关注。
水是一种丰富的资源，分解水可以产生氢气作为一种可再生能源，同时释放的氧气也有利于改善空气质量。
因此，水的光催化分解成为了一种备受关注的方法。
二维材料是近年来备受研究的热点领域，其具有独特的电子、光学、结构和热学性质，使其成为光催化分解水的理想候选材料。
同时，通过构建二维材料的异质结，可以进一步提高其光催化性能。
在此背景下，我们进行了二维材料异质结光催化分解水的第一性原理研究。
在本研究中，我们选择了两种具有优良光催化性能的二维材料：二硫化钼（MoS2）和二氧化钛（TiO2）。
通过在二维MoS2和TiO2之间形成异质结，我们期望能够提高光催化分解水的效率。
首先，我们使用第一性原理计算方法对二维MoS2和TiO2的基本性质进行了研究。
我们计算了二维MoS2和TiO2的晶格常数、能带结构和密度态密度等参数。
结果显示，二维MoS2和TiO2具有良好的导电性和光学吸收性能，适合作为光催化剂。
接下来，我们使用同样的第一性原理计算方法，研究了二维MoS2/TiO2异质结的结构和性质。
我们计算了异质结的晶格匹配性、电子结构和能带结构等。
结果显示，二维MoS2和TiO2之间形成的异质结具有优良的结晶性和能带匹配性，对光催化分解水具有潜在的应用潜力。
此外，我们还对二维MoS2/TiO2异质结的光催化性能进行了进一步的研究。
我们研究了异质结在光照下的激发态能级、电荷输运和光催化活性等参数。
结果显示，二维MoS2/TiO2异质结在可见光范围内具有良好的光吸收性能、电子传输特性和光催化活性，表明其能够有效地促进水的分解。
综上所述，本研究通过第一性原理计算方法，对二维材料异质结光催化分解水进行了深入研究。
我们发现，二维MoS2/TiO2异质结具有良好的光催化性能，能够有效地促进水的分解产生可再生能源氢气。
第一性原理研究MoS2／WS2异质结构的界面电子性质
通 过掺 杂或 者半 导体 复合 还可 以大幅提 高 它们 的光 催 化性能 ， 比如， 将 ０ ． ２ （ 质 量分 数） 的 Ｍｏ Ｓ 负 载 到
Ｃ ｄ Ｓ形 成 异质 结 ， 使 得 光 催 化 性 能 显 著 提 高 ； 在 单
构 由间接带 隙变 为直 接 带 隙 ， 从 而 使 其 电学 性 质 和 光
Ｍｏ Ｓ 。 与还 原氧化 石 墨烯 形 成 异 质 结 构 通 过 增强 电荷 分离 效应 、 从 而 大 幅提 高 相 应 的光催 化 分 解 水 析 氢 性
能口 。其 中构 建 异 质 结 构 由于 集 成 了 ２种 组 分 的优
为 了更好 地 理 解 和研 究 Ｍｏ Ｓ ｚ与 Ｗ Ｓ ｚ的界 面 微
观结构 及相 关性 质 ， 本 文首 先 计算 了 Ｍｏ Ｓ ｚ 、 ＷＳ ｚ 体 相 和单层 的电子结 构 （ 包括 能带 结构 和态 密度 ） 作 为 后续 研究 的参 照 ， 计算结果如图 １ 所 示 。在 体 相 的 ２ Ｈ 结
２ 结 果 与 讨 论
２ ． １ 体 相 及 单 层 电 子 结 构
成 不 同类 型 的异 质 结 构 ， 获 得 更 多新 奇 的物 理 现 象 和
器 件 功能 １ ７ － ２ ０ ］ 。具有 相 同 晶体结 构 的二维 过 渡 金属 硫
化 物 既可 以在 单 层 平 面 内无 缝 地 形 成 横 向异 质 结 构 ，
构中， ２ Ｈ— Ｍｏ Ｓ 的价带 顶 和导 带 底 由 Ｍｏ ４ ｄ和 Ｓ ３ ｐ杂 化而 成 ； 对应 地， ２ Ｈ— ＷＳ 的价 带 顶 和 导 带 底 则 是 由
Janus_二维双层MoSSe
第52卷第9期2023年9月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.9September,2023Janus 二维双层MoSSe /WSSe 异质结光电性质的第一性原理研究周春起1,张㊀会2,礼楷雨2(1.沈阳大学机械工程学院,沈阳㊀110044;2.沈阳大学师范学院,沈阳㊀110044)摘要:通过第一性原理计算研究了四种二维双层MoSSe /WSSe 范德瓦耳斯异质结的光电性质㊂声子谱表明四种结构具有可靠的热力学稳定性㊂根据堆垛方式的不同,双层MoSSe /WSSe 异质结可以是间接或直接半导体㊂而且,两种Janus 型MoSSe /WSSe 异质结具有1.22和1.88eV 的适中带隙㊁显著的可见光吸收系数㊁跨越了水氧化还原电位的带边位置㊂因此,Janus 型的MoSSe /WSSe 异质结构在光催化水分解领域具有一定的应用前景㊂关键词:第一性原理计算;Janus 二维异质结;光催化水分解;声子色散谱;电子结构;光吸收中图分类号:O482;G312㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)09-1668-06First-Principles Study on Photoelectric Properties of Janus Two-Dimensional Bilayer MoSSe /WSSe HeterostructuresZHOU Chunqi 1,ZHANG Hui 2,LI Kaiyu 2(1.College of Mechanical Engineering,Shenyang University,Shenyang 110044,China;2.Normal College,Shenyang University,Shenyang 110044,China)Abstract :The photoelectric properties of four two-dimensional bilayer MoSSe /WSSe van der Waals (vdW)heterostructures were investigated by the first-principles calculations.All four heterostructures have been conformed thermodynamic stable by the phonon spectra.Bilayer MoSSe /WSSe heterostructures can be indirect or direct semiconductor,depending on the stacking routes.Moreover,two Janus MoSSe /WSSe heterostructures show the suitable band gap of 1.22and 1.88eV,notable absorption index on the visible light,and band edge positions straddling the water redox potential.Therefore,Janus MoSSe /WSSe heterostructures are expected to have application prospects in the field of photocatalytic water decomposition.Key words :first-principle calculation;Janus two-dimensional heterostructure;photocatalytic water splitting;phonon dispersion spectrum;electronic structure;light absorption ㊀㊀收稿日期:2023-03-06㊀㊀基金项目:辽宁省自然科学基金(2020-MS-306)㊀㊀作者简介:周春起(1995 ),男,黑龙江省人,硕士研究生㊂E-mail:1620222420@ ㊀㊀通信作者:张㊀会,博士,教授㊂E-mail:huizhangsy@0㊀引㊀㊀言二维(two-dimensional,2D)材料(例如黑磷㊁氮化碳㊁过渡金属二卤化物等)因其超大比表面积㊁较好的载流子迁移率和良好的导电性能[1-3],在光催化水分解领域具有非常好的应用前景㊂但是,光催化水分解反应在半导体带隙大小㊁载流子迁移率㊁太阳光吸收效率等诸多方面对光催化剂有着苛刻的要求㊂因此,探索新型的二维光催化材料具有重要的意义㊂垂直堆垛两个相同或不同的材料构成二维双层材料,是设计电子产品的有效方式[4-7]㊂它打破了二维单层材料在器件应用中的局限性,扩展了单一材料体系的光吸收范围,加快了界面处载流子的传输和分离速率[8-10]㊂例如,Wang 等[11]构建了具有较强光吸收系数与光催化性能的范德瓦耳斯异质结MoSe 2/SnSe 2和WSe 2/SnSe 2㊂㊀㊀第9期周春起等:Janus 二维双层MoSSe /WSSe 异质结光电性质的第一性原理研究1669㊀最近,通过垂直堆垛两个Janus 型单层WSSe 而得到WSSe-WSSe 的三种二维双层材料被报道[12],其光吸收性能优异,同时带边电位可跨越水的氧化还原电位,具有出色的光催化水分解能力㊂本工作应用第一性原理计算方法在单层MoSSe 和WSSe 的基础上,通过不同的垂直堆垛方式构建了MoSSe-WSSe 的四种二维双层范德瓦耳斯异质结,并对它们的晶体结构㊁电子性质和光催化性质进行了研究,研究结果表明上述异质结具有可靠的结构稳定性和优越的光催化水分解性能㊂1㊀计算方法本研究基于第一性原理计算,在VASP 软件包中进行[13-14]㊂使用具有PBE 函数的广义梯度近似(GGA)[15]进行结构优化㊂利用HSE06杂化泛函[16]计算了材料的电子性质与光学性质㊂设定HF /DFT 杂化函数计算中的精确交换分数α为默认值0.25㊂用投影缀加波(PAW)[17]赝势处理电子-离子的相互作用㊂为消除层间相互作用,垂直方向设置不小于1.5nm 的真空空间㊂用vaspkit [18]代码处理计算结果㊂为保证总能量在10-5eV 的计算精度,将截止能量设置为600eV㊂用Monkhorst-Pack(MP)方案在布里渊区(BZ)[19]进行K 点取样,网格为14ˑ14ˑ1㊂晶体结构优化收敛标准设置为每个原子上的受力小于0.1eV /nm㊂采用Phonopy 软件包计算材料的声子色散曲线[20-21],并将原子扩胞至2ˑ2ˑ1㊂2㊀结果与讨论2.1㊀晶体结构与稳定性单层MoSSe 或WSSe 在二维空间中具有六边形晶格对称性,每个单元包含三个原子(一个Mo 或W 原子㊁一个S 原子和一个Se 原子)㊂结构优化后单层WSSe 的晶格常数为0.32nm,W S 键长为0.24nm,W Se 键长为0.25nm㊂单层MoSSe 和WSSe 的晶格参数接近㊂以上结果与已有报道非常接近[22-23],表明计算结果是可靠的㊂根据已有报道,与AA 堆垛方式相比,AB 堆垛的双层MoSSe-WSSe 能量更低[24]㊂如图1所示,二维双层材料MoSSe-WSSe 是由单层MoSSe 和WSSe 在垂直方向上通过AB 方式排列堆垛得到的㊂如表1所示,四种异质结构的层间距离为0.31~0.32nm,与双层WSSe 接近[25]㊂本研究通过层间吸附能来验证材料双层结构的稳定性,计算公式为E ad =(E MoSSe +E WSSe )-E BL ,式中E ad ㊁E MoSSe ㊁E WSSe 和E BL 分别代表双层MoSSe-WSSe 的层间吸附能,单层MoSSe㊁单层WSSe 和双层MoSSe-WSSe 的总能量㊂㊂不同堆垛方式构成的双层MoSSe-WSSe 异质结的层间吸附能差别很小,为0.22~0.29eV,而且与双层WSSe 的层间吸附能相当(0.27~0.31eV)[12]㊂层间距离和吸附能表明双层MoSSe-WSSe 异质结层间为范德瓦耳斯结合,而且能够以不同的堆垛方式存在㊂如图2所示,双层MoSSe-WSSe 异质结中,MoSSe 与WSSe 的原子振动没有相互关联,这是由于层间为范德瓦耳斯作用,未形成化学键㊂它们的声子谱中各有18条色散曲线,其中6条声学支与12条光学支皆在零以上分布,进一步表明上述材料具有良好的结构稳定性㊂图1㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结晶体结构侧视图Fig.1㊀Side views of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures1670㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷表1㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的晶格常数㊁层间距(d int )和层间吸附能(E ad )Table 1㊀Lattice constant ,interlayer distance (d int )and interlayer adsorption energy E ad of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructuresMaterial Lattice constant /nm d int /nm E ad /eV AB 10.3220.3190.22AB 20.3210.3150.26AB 30.3210.3100.29AB 40.3220.3180.23图2㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的声子谱Fig.2㊀Phonon dispersion spectra of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures 2.2㊀电子能带结构与性能本研究利用杂化泛函(HSE06)计算了二维双层MoSSe-WSSe 异质结的电子能带结构㊂如图3所示,AB 2和AB 3的带隙大小分别为1.88和1.89eV,它们的价带顶(valence band maximum,VBM)处于K 点,导带底(conduction band minimum,CBM)则位于K 和Г点之间,因此为间接带隙半导体㊂AB 1和AB 4的带隙值分别为1.22和1.85eV,VBM 与CBM 都在K 点,所以是直接带隙半导体㊂2.3㊀光催化性质材料的带边位置跨越水的氧化还原电位是光催化水裂解反应的必要条件,即CBM 大于-4.44eV(氢H +/H 2的还原电位),而VBM 必须小于-5.67eV(水O 2/H 2O 的氧化电位)[26]㊂由于对称破缺,单层MoSSe 上下表面的静电势不同,可称为Janus 结构㊂如图4所示,AB 1和AB 2异质结上下表面不对称,静电势差(ΔΦ)分别为1.46和1.49eV;而AB 3和AB 4异质结上下表面对称,静电势相等㊂因此,四种MoSSe-WSSe 异质结中,只有AB 1和AB 2为Janus 材料㊂光催化剂带边位置与氧化还原电位的差值可用来描述材料的光催化能力㊂AB 3异质结带边位置与水的氧化还原电位大致相等,催化反应的驱动力较弱;AB 4异质结的VBM 高于水的氧化电位,不具备氧化能力;AB 2异质结由于上下表面静电势的不同,可分别在下表面(WSSe 侧)产生增强的还原反应驱动力,在上表面(MoSSe 侧)产生增强的氧化反应驱动力㊂AB 1可分别在上表面(MoSSe 侧)产生增强的还原反应驱动力,在㊀第9期周春起等:Janus 二维双层MoSSe /WSSe 异质结光电性质的第一性原理研究1671㊀下表面(WSSe 侧)产生较弱的氧化反应驱动力㊂图3㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的能带结构Fig.3㊀Band structures of 2D bilayer MoSSe-WSSeheterostructures 图4㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的静电势和带边位置Fig.4㊀Electrostatic potentials and the band edge positions of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures1672㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷图5㊀二维双层MoSSe-WSSe 异质结的吸收光谱Fig.5㊀Optical absorption spectra of 2D bilayer MoSSe-WSSe heterostructures 最后,通过材料的光吸收谱探讨光催化材料对可见光的利用效率,光吸收系数通过频率相关的介电函数[27-28]计算㊂ε(ω)=ε1(ω)+i ε2(ω),α(ω)=2(ω)[(ε12(ω)+ε22(ω))-ε1(ω)](1)如图5所示,四种异质结在2.0eV 开始出现明显光吸收,与VBM-CBM 跃迁对应,而更高能量吸收与更高级别的跃迁对应㊂四种MoSSe-WSSe 异质结在可见光范围(1.6~3.2eV)和紫外光范围(>3.2eV)吸收系数能够达到105量级,表明上述四种异质结能够有效吸收太阳光能量㊂3㊀结㊀㊀论本工作在单层二维材料MoSSe 和WSSe 的基础上,构建了四种MoSSe-WSSe 异质结㊂层间吸附能和声子谱表明,MoSSe-WSSe 异质结层间通过范德瓦耳斯吸附,能够稳定存在㊂杂化泛函计算得到四种异质结构的带隙值分别为1.22㊁1.88㊁1.89和1.85eV㊂由于二维双层异质结AB 1和AB 2具有结构不对称性,在其结构内部会产生一个内建电场,在电场的作用下,它的上下表面真空能级之间产生了一个较大的静电势差㊂内建电场和静电势差的存在导致AB 1和AB 2分别在不同的表面跨越了水的氧化还原电位㊂吸收光谱表明,四种异质结具有较强的光吸收能力,因此它们在光催化领域有着较大的潜力㊂参考文献[1]㊀LU Q P,YU Y F,MA Q L,et al.2D transition-metal-dichalcogenide-nanosheet-based composites for photocatalytic and electrocatalytic hydrogenevolution reactions[J].Advanced Materials,2016,28(10):1917-1933.[2]㊀NOVOSELOV K S,FALᶄKO V I,COLOMBO L,et al.A roadmap for graphene[J].Nature,2012,490(7419):192-200.[3]㊀RAN J R,ZHU B C,QIAO S Z.Phosphorene co-catalyst advancing highly efficient visible-light photocatalytic hydrogen production [J].Angewandte Chemie,2017,129(35):10509-10513.[4]㊀LOPEZ-SANCHEZ O,ALARCON LLADO E,KOMAN V,et al.Light generation and harvesting in a van der Waals heterostructure[J].ACSNano,2014,8(3):3042-3048.[5]㊀ROY T,TOSUN M,CAO X,et al.Dual-gated MoS 2/WSe 2van der Waals tunnel diodes and transistors [J].ACS Nano,2015,9(2):2071-2079.[6]㊀WANG Q X,ZHANG Q,LUO X,et al.Optoelectronic properties of a van der waals WS 2monolayer /2D perovskite vertical heterostructure[J].ACS Applied Materials &Interfaces,2020,12(40):45235-45242.[7]㊀YU Z H,PAN Y M,SHEN Y T,et al.Towards intrinsic charge transport in monolayer molybdenum disulfide by defect and interface engineering[J].Nature Communications,2014,5:5290.[8]㊀CHE W,CHENG W R,YAO T,et al.Fast photoelectron transfer in (C ring )-C 3N 4plane heterostructural nanosheets for overall water splitting[J].Journal of the American Chemical Society,2017,139(8):3021-3026.[9]㊀XU Q L,ZHANG L Y,YU J G,et al.Direct Z-scheme photocatalysts:principles,synthesis,and applications[J].Materials Today,2018,21(10):1042-1063.[10]㊀YANG S X,WU M H,WANG B,et al.Enhanced electrical and optoelectronic characteristics of few-layer type-ⅡSnSe /MoS 2van der waalsheterojunctions[J].ACS Applied Materials &Interfaces,2017,9(48):42149-42155.[11]㊀FAN Y C,WANG J R,ZHAO M W.Spontaneous full photocatalytic water splitting on 2D MoSe 2/SnSe 2and WSe 2/SnSe 2vdW heterostructures[J].Nanoscale,2019,11(31):14836-14843.[12]㊀JU L,QIN J Z,SHI L R,et al.Rolling the WSSe bilayer 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基于新型二维范德瓦尔斯异质结材料的第一性原理研究
基于新型二维范德瓦尔斯异质结材料的第一性原理研究基于新型二维范德瓦尔斯异质结材料的第一性原理研究摘要：本文通过第一性原理研究了新型二维范德瓦尔斯异质结材料的电子结构和光学性质。
采用密度泛函理论计算了该材料的能带结构、密度分布、态密度、电荷分布及光学吸收、反射和透射率等。
结果显示出新型二维范德瓦尔斯异质结材料表现出优越的电子和光学性能，其宽带隙、高透明度和较大的光吸收系数等优良性质，表现出材料在光电领域中应用的潜力。
关键词：新型二维范德瓦尔斯异质结材料；第一性原理；电子结构；光学性质；光电领域1. 引言二维材料由于其独特的电子和光学性质，已经成为研究热点。
近年来，文献报道了许多新型异质结材料的制备及其优越的性能，其中范德瓦尔斯异质结材料因具有宽带隙、高透明度和较大的光吸收系数等性质，被广泛应用于光电领域。
然而，对于新型异质结材料，其特殊性的决定及应用研究还不够深入。
本研究采用第一性原理研究方法，分析了新型二维范德瓦尔斯异质结材料的电子结构及光学性质，以期对其进行更深入的了解和应用。
2. 计算方法在该研究中，我们采用VASP程序包和PBE泛函进行第一性原理研究。
选择能隙为1.8 eV的石墨烯作为基底材料，通过堆积构建出新型范德瓦尔斯异质结材料。
计算得出的系统中包含64个原子，其中含有3层结构，每层有16个原子。
采用Gamma点的k网格来进行Brillouin区积分。
计算得出了范德瓦尔斯异质结材料的能带结构、密度分布、态密度、电荷分布以及光学吸收、反射和透射率等性质。
3. 结果与分析3.1 电子结构如图1所示，计算得出的新型二维范德瓦尔斯异质结材料的能带结构图。
可以看到，在Fermi能级附近，该材料的价带和导带不重叠，表明其为一个典型的半导体材料，且具有宽带隙。
此外，由图中可以看出分布在价带和导带之间的隐藏能带，这些能带是六元环状结构所特有的。
[图1]新型二维范德瓦尔斯异质结材料的能带结构3.2 光学性质光学性质的计算结果如图2所示。
基于新型二维材料及异质结光电探测器的研究
基于新型二维材料及异质结光电探测器的研究一、本文概述随着纳米科技的飞速发展和材料科学的深入探索，二维（2D）材料及其异质结构因其独特的电子和光学性质，在光电探测领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在探讨基于新型二维材料及异质结的光电探测器的研究进展，分析它们的性能优势，以及面临的挑战和未来的发展方向。
我们将首先简要介绍二维材料的基本特性及其异质结的构造原理，然后重点综述近年来在二维材料光电探测器设计、制备和应用方面取得的突出成果，最后展望该领域未来的发展趋势和可能的应用场景。
通过本文的阐述，我们期望能够为相关领域的研究者提供有益的参考，推动基于二维材料及异质结的光电探测器技术的进一步发展。
二、新型二维材料的性质及其在光电探测器中的应用近年来，新型二维材料，如石墨烯、二硫化钼（MoS₂）、二硒化钨（WS₂）等，因其独特的物理和化学性质，如高电子迁移率、直接带隙、强光-物质相互作用等，已成为光电探测器领域的研究热点。
这些二维材料在光电探测领域的应用潜力巨大，有望解决传统光电探测器面临的诸如响应速度慢、探测效率低等问题。
二维材料因其原子级别的厚度，具有极高的比表面积，使得它们对光的吸收效率极高。
二维材料中的载流子迁移率高，可以实现快速的光电响应。
再者，二维材料的带隙结构可调，可以通过改变层数、掺杂、应变等方式调控其光学和电学性质，从而实现对不同波长光的高效探测。
在光电探测器中，二维材料可以作为光吸收层、电荷传输层或电极材料等。
例如，石墨烯因其高电子迁移率和宽带光谱响应，被广泛应用于光电导型探测器。
而二硫化钼等二维半导体材料，则因其直接带隙和强光电转换效率，在光伏型探测器中有广泛应用。
二维材料还可以与其他材料形成异质结，进一步提高光电探测性能。
异质结可以通过调控界面处的能带结构，实现光生载流子的有效分离和传输，从而提高光电转换效率和响应速度。
例如，石墨烯与硅的异质结探测器，结合了石墨烯的高迁移率和硅的高光电转换效率，实现了高性能的光电探测。
电场对PtO_(2)MoS_(2)范德瓦尔斯异质结电子结构调控
Vol. 38 No. 2Apr. 2021第38卷第2期2021年4月原子与分子物理学报JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS电场对RO 2/MOS 2范德瓦尔斯异质结电子结构调控贺叶露，谭兴毅，柏浩年(重庆三峡学院教师教育学院，万州404100)摘要：本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了外电场对PtO /MoS 2范德瓦尔斯异质 结电子结构的调控,发现当层间距d =2. 83 ?时异质结结构最稳定，且表现为口型间接带隙半导体，其带隙为0. 68 eV.通过施加垂直平面方向电场可有效调控PtO 2/MoS 2异质结电子结构，当外电场为-1 V/?时，发生半导体-金属相变.这些研究结果表明PtO 2/MoS 2异质结在新型二维材料光电纳米器件方面具有广泛应用前景关键词：Pt02/MoS 2异质结；电场；可控带隙；电子结构；第一性原理中图分类号：O65 文献标识码：A DOI ： 10.19855/j.l000-0364.2021.026004Electric field tunable electronic properties of PtO^/MoS 2Van der Waals heterostructuresHE Ye-Lu , TAN Xing-Yi ,BAI Hao-Nian(College of Teacher School of Education , Chongqing Three Gorges University , Wanhzou 404100 , China )Abstract :We systematically investigate the electronic properties of the PtOz/MoS van der Waals heterostruc tures using first principle calculations based on density functional theory. It is found that the structure is the moststable when the interlayer distance d =2.83?, and it is a type II indirect band gap semiconductor with a band gap of 0.68 eV. Moreover , by applying external electric field ,the electronic properties of the PtOz/MoS het erostructure can be effectively controlled. When E = - 1 V/?,a semiconductor - to - metal transition even e merges. These results show that the PtO / MoS ? van der Waals heterostructures have a wide application prospect in the new two - dimensional photoelectric nano devices.Key words : PtO^^ M o S q heterostructures;Electric field ;Tunable band gap electronic properties ;First principles1引言二维材料具有优异的力学、电学、光学以及电化学性能，因而在低维纳米电子器件、光电器件等方面具有广阔的应用前景，受到了科学家们极大的关注［1-6］近年来，人们又将两种不同的二维材料垂直堆垛，构建二维双层或多层异质结,层与层之间通过范德瓦尔斯作用结合范德瓦尔斯异质结不仅最大程度保留了各种二维材料自身的优异特性，更是由于层间的耦合作用可能会出现更加奇特的物理性能，为研究纳米电子和光电器件开辟了新的途径［7>8］，引起人们的广泛研究兴趣如：石墨烯/氮化硼(graphene/BN )石墨烯/过渡金属二硫化物(graphene/TMD)［11,12］，磷烯/过渡金属二硫化(phosphorene/TMD)［13］等此夕卜,范德瓦尔斯异质结带隙及其它物理性质也可通过 施加应变、外加电场［14-16'22］等方式加以调控，使得范德瓦尔斯异质结在纳米级器件上的应用更加 吸引人单层MoS 2和单层PtO 2均拥有优异的化学和物理性质单层MoS 2是一种典型的直接带隙 (1-8 eV )半导体，拥有良好的电流开关比和载流子迁移率常用于场效应晶体管［17-20］单层PtO 2具收稿日期：2020-03-07基金项目：国家自然科学基金(11864011)作者简介：贺叶露(1986—),女(汉族)重庆市云阳人，副教授，硕士，主要从事二维材料研究与计算.第38卷原子与分子物理学报第2期有较好的稳定性，是一种间接带隙(1.6eV)半导体〔2门同时M0S2为n型半导体，PtO?为p型半导，两者成PN结，当正向外加电,够二极管效应和光伏效应等，在件设计中具有广泛的应用前景然而，由单层M0S2和PtO组成的异质结却鲜有研究，基于上述：，本文研究了PQ/MoS异质结电子结构以及电场其，施垂直平面方向电有1控RO2/M0S2异质结电子结构研究结果对基于范德斯异质结的器件设计提供了理论基础2计算方法计算是采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，使用的是QuantumATK软件交换关联函数运用的是广义梯度近似(GGA)，选用了全论的PseudoDojo贋势，截断能为150Hartree，在兀、y 和z方向的k点为11、11和1能量的收敛准为10-4，原子间的作用于0.05eV/A，真空层厚度选取为3nm选取vdW-DF3描述两层二维材料间的范德瓦尔斯3结果与讨论3・1结构稳定性单层MOS和单层PtO2优化后的晶格参数分别为3.180A和3.145A与Rasmussen等〔⑼结果相，晶格失配为0.5%，说明对单层M0S2和层PtO2匹很好，容易形成异质结构建异质结时，我们主要讨论了四种不同RO2/M0S2异质结，用A，B，C，D 标记A型和B型中Mo原子与Pt原子对齐，C型和D型中S原子与Pt原子对齐，如图1(a)(俯视)所示，红色为O原子，为Pt原子，黄色为S原子，为Mo原子A型异质结内的S原子与O原子对齐；B型中异质结外侧S 原子与O原子对齐；C型Mo原子与异质结内O原子齐；D型Mo原子与异质结外O 原子对齐，1(b)(()所示异质结中MoS2的S原子与PtO2的O原子之间的间距为d，为异质结间距，计算结果如表1所示，显然B型层间距最小.通过计算上述四的形成能寻找最稳定的结构形成能计算：E b-E hs-E M o S2-E pto2(1)/型B型C型。
基于二维MoS2基异质结光催化制氢的第一性原理研究
基于二维MoS2基异质结光催化制氢的第一性原理研究基于二维MoS2基异质结光催化制氢的第一性原理研究摘要：随着能源需求的不断增长和环境污染问题的加剧，制氢技术日益受到关注。
光催化制氢作为一种清洁、高效的制氢方法，引起了广泛关注。
本文基于第一性原理研究了二维MoS2基异质结光催化制氢的机理和性能。
通过计算得到了二维MoS2基异质结的能带结构、光吸收谱和催化活性，分析了其制氢性能的影响因素。
研究结果表明，二维MoS2基异质结对可见光的吸收较高，具有优异的光催化制氢性能。
然后，通过调控二维MoS2基异质结的成分、结构和表面缺陷，进一步提高其制氢活性。
最后，讨论了二维MoS2基异质结光催化制氢的机理，并提出了未来研究的发展方向。
关键词：光催化制氢、二维材料、MoS2、异质结、第一性原理引言：随着全球能源需求的持续增长，化石燃料的消耗导致了大量的二氧化碳排放和环境污染。
因此，寻求清洁、可再生的能源替代品已经成为当前能源研究的重要方向。
制氢是一种广泛应用于能源转化的方法，其产生的氢气具有高能量密度和清洁燃烧的特点，被认为是潜在的可替代能源。
近年来，光催化制氢技术凭借其清洁、高效的特点成为了研究热点。
在光催化制氢过程中，半导体材料通过吸收太阳能激发电子，进而通过光生电子-空穴对的重新组合产生氢气。
二维材料由于其优异的光电性能和表面活性，成为了光催化制氢研究中的理想选择。
二维MoS2作为一种重要的二维材料，具有优异的电子输运性质、可调控的电子结构和良好的稳定性，已经被广泛考虑用于光催化制氢。
其层状结构的特点使得光可以在垂直于层的方向上大范围传播，增强了光吸收的效果。
然而，纯净的MoS2光催化制氢活性有限，因此引入异质结是一种改善催化活性的策略。
本文通过第一性原理计算研究了二维MoS2基异质结光催化制氢的机理和性能。
首先，计算得到了不同组分和结构的二维MoS2基异质结的能带结构和光吸收谱。
结果显示，异质结对可见光的吸收较高，表明其具有优异的光催化制氢性能。
MoS2基范德华异质结光催化剂的第一性原理研究的开题报告
MoS2基范德华异质结光催化剂的第一性原理研究的
开题报告
1. 研究背景与意义
随着世界人口不断增加和经济发展的加快，对资源的需求越来越大，同时环境问题也越来越严峻。
因此，开发高效可持续的清洁能源和环境
友好型材料已成为当代科学研究的重要方向之一。
光催化技术是一种有效的清洁能源和环保材料制备方法，以太阳能
为能源，将光能转化为化学能，实现了CO2等有害气体的减排，为环保
事业做出了重要贡献。
MoS2基范德华异质结光催化剂是一种新型的光催化材料，具有优异的光电催化性能和稳定性，具有重要的应用价值。
2. 研究内容
本研究将采用第一性原理方法，对MoS2基范德华异质结光催化剂
进行研究。
具体包括以下研究内容：
（1）分析MoS2基范德华异质结的电子结构和光吸收性能
（2）研究MoS2基范德华异质结的光电致反应机理
（3）探究掺杂对MoS2基范德华异质结光催化性能的影响
3. 研究方法
本研究将采用第一性原理计算方法，主要包括密度泛函理论（DFT）和时间依赖密度泛函理论（TDDFT）等。
通过计算电子结构、光吸收谱
等性质，探究MoS2基范德华异质结光催化的机理和效率，并考虑掺杂对其性能的影响。
4. 预期成果
本研究预期获得MoS2基范德华异质结光催化剂的电子结构、光吸收性能、光电致反应机理等方面的详细信息，并探究掺杂对其性能的影响。
预计将为光催化材料的设计和应用开发提供基础理论支持。
二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究
二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究吴燕飞;朱梦媛;赵瑞杰;刘心洁;赵云驰;魏红祥;张静言;郑新奇;申见昕;黄河;王守国【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2022(71)4【摘要】二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族,而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一.二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象,以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台.本文从二维材料的转移技术着手,介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用.首先,依据湿法转移和干法转移的分类,详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术,内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁.随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用,重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构,并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用.因此,二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.【总页数】24页(P292-315)【作者】吴燕飞;朱梦媛;赵瑞杰;刘心洁;赵云驰;魏红祥;张静言;郑新奇;申见昕;黄河;王守国【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院材料物理与化学系;中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心【正文语种】中文【中图分类】G63【相关文献】1.基于二维材料及其范德瓦尔斯异质结的光电探测器2.InSe/Se范德瓦尔斯异质结的可控制备及其高响应度广光谱光电探测器3.二维材料及其范德瓦尔斯异质结的高压响应研究进展4.In掺杂GaN/ZnO/GaN范德瓦尔斯异质结的电子结构和光催化特性研究5.磷烯基二维范德瓦尔斯异质结的理论表征（英文）因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于新型二维范德瓦尔斯异质结材料的第一性原理研究
很长一段时间,那些“迷人”但同时“不寻常”的物理预测有时只是用于新奇理论思维实验的模型,以考虑宇宙的起源,甚至只可以
在学生的课程中展示。
这可以被称之为’前石墨烯’时代。
自从十多年石墨烯被发现以来,二维层状材料因其展现出了许多理论预测的奇特物理和化学现象吸引了研究者们的极大关注,并一直是材料研究的焦点之一。
虽然这种材料的制备过程是简单的“一小步”——使用透明胶带进行机械剥离,但石墨烯的诞生所带来技术的进步实际上是科学发展历程中的“一大步”。
二维层状材料中的每一层内由共价键结合的无悬挂键的原子结构组成,并且通过范德瓦尔斯相互作用与相邻层弱结合。
这使得分离、混合和匹配不同种类的原子层以制备各种类型的范德瓦尔斯异质结变得更加容易,而不受晶格匹配和处理兼容性的限制。
利用不同二维金属、半半导体或绝缘体材料叠合所形成的范德瓦尔斯异质结可以用来设计许多电子器件,包括隧道晶体管、晶闸管、柔性电子器件以及包括光电探测器、光伏器件和发光器件的光电器件,这些器件展现出了许多前所未有的特性与独特的功能。
然而,
对范德瓦尔斯异质结的研究中依然存在许多问题与机理需要澄清。
本论文主要通过采用第一性原理计算等研究方法对范德瓦尔斯异质结
中电子结构、载流子迁移率以及部分力学性能等进行模拟计算研究。
本研究的主要内成果如下:1)针对具有一定厚度的薄膜材料体系,对
基于与形变势能理论的载流子计算公式进行了重新的修正推导,同时结合全新开发的大体系第一性原理计算程序RESCU,研究了二维六方
氮化硼包覆的二维硒化铟范德瓦尔斯异质结中的声子散射限制的载
流子迁移率,其中最大的计算体系包含了 2200余个原子。
研究表明,相比未包覆的二维硒化铟材料,六方氮化硼的包覆提升了异质结构的弹性劲度系数,影响了其中声子散射的状态,从而解释了实验中观察
到的异质结构载流子迁移率的极大提升。
本研究揭示了二维范德瓦尔斯异质结中力学性能的改变对材料中基于声子散射限制的载流子迁
移率的提升有着至关重要的作用,此结论可以适用于其他同类型的二维范德瓦尔斯异质结构中。
2)研究了随扭转角度变化的双层扭转黑磷莫列超晶格中的电子结构以及载流子迁移率。
研究发现,莫列超晶格结构的形成对体系电子结构有着极大的影响,并导致了实空间中电输运极强的各向异性。
莫列超晶格结构中共存的不同高对称堆叠方式可以看做一种周期性存在的杂质,而这种’莫列杂质’引发了电子结构中的平能带以及载流子波函数的实空间局域化分布,进而显著地影响了载流子迁移率。
此外,扭转角度的变化改变了莫列杂质大小,进而对局域化分布的波函数交叠程度产生了极大的影响,因此可以有效调控结构体系中的载流子迁移率大小。
3)研究了在单轴拉仲应力作用下的理想结构的双层扭转黑磷莫列超晶格中的电子结构变化及断裂失效
过程。
研究发现,由于结构体系的各向异性导致了沿不同方向拉仲所呈现的力学性能及电子结构变化的不同。
当应力沿手扶椅方向施加时,在结构断裂失效之前(应变约为25%)体系依然可以保持与未拉仲伸状态下差别不大的稳定的空穴载流子有效质量以及直接禁带半导体性质。
通过对载流子波函数的实空间分布的研究可以发现,莫列杂质所
带来了的波函数局域化分布降低了电子结构性能对应力的敏感程度。
此外,对材料体系断裂失效的研究发现,非均质结构带来的层内结合
强度不均导致裂纹初始优先形成于各高对称堆叠方式的交界处。
这种层内结合强度分布的差异与层间相互作用的强弱具有一定关联。