经过应变调节的Z型异质结构（GeH/GeCH3、GeH/InSe和GeCH3/InSe）在高效光催化中的应用

《The Journal of Physical Chemistry C》：Strain-Tuned Z-Scheme Heterostructures of GeH/GeCH3, GeH/InSe, and GeCH3/InSe for Efficient Photocatalysis

二维材料异质结电子结构调控与光催化性能研究，通过密度泛函理论计算揭示GeH/InSe、GeCH3/InSe和GeH/GeCH3异质结的带隙特性（1.15/0.14/0.79 eV）及Z型电荷分离机制，发现应变工程可优化带隙匹配，实现全pH范围高效水分解。

　　

Germanane（GeH）和甲基germanane（GeCH₃）是两种具有潜力的二维（2D）材料，它们具有低于2电子伏特的直接带隙、高电子迁移率以及强烈的光学响应。将这些材料与其他二维系统堆叠可以设计出具有定制电子结构的异质结构（HSs），用于光电子和光催化应用。在这里，我们采用密度泛函理论（DFT）来研究由GeH、GeCH₃和InSe单层（MLs）堆叠形成的范德华（vdW）异质结构，重点研究它们的结构、电子和光学性质。GeH/InSe、GeCH₃/InSe和GeH/GeCH₃异质结构表现出热力学和热稳定性，其直接带隙分别为1.15、0.14和0.79电子伏特。虽然这些异质结构显示出II型带对齐，但对界面极化和内置电场的分析表明，Z型电荷分离机制可能更为有利，有助于高效的光生载流子分离。结合较大的氧化还原电位、足够的载流子迁移率以及较低的激子结合能，这些特性使得这些异质结构成为在宽pH范围内进行光催化水分解的理想候选材料。此外，通过应变工程可以在保持Z型结构特性的同时有效调节带隙。值得注意的是，在压缩应变下，GeH/InSe和GeCH₃/InSe异质结构表现出能够在整个pH范围内实现水分解的带对齐，这凸显了它们作为实用且pH普适型Z型光催化剂的潜力。