Janus XBYO单层材料的多功能特性：可调电子结构、光热催化与应变工程应用

为应对化石燃料枯竭与环境问题，研究人员通过密度泛函理论(DFT)系统研究了Janus XBYO（X=S/Se/Te；Y=Al/Ga）单层材料的结构稳定性与多功能特性。结果表明，该材料具有可调带隙（1.04-2.8 eV）、优异的可见-紫外光吸收能力，其中SBGaO热电性能最佳（Seebeck系数与功率因子S2 σ突出），而SBAlO等四种材料满足光催化水分解的能带边缘对齐标准（导带>?4.44 eV，价带

　　

随着全球能源危机与环境问题日益严峻，开发能将废热转化为电能或通过光催化分解水制氢的新型材料成为研究热点。热电材料（Thermoelectric, TE）利用Seebeck效应实现热-电转换，其性能由无量纲品质因数zT（zT=S²
σT/κ）衡量；而光催化水分解技术需满足带隙1.23-3.00 eV及严格的能带边缘对齐条件（导带高于H⁺
/H₂
还原电位?4.44 eV，价带低于O₂
/H₂
O氧化电位?5.67 eV）。然而，同时满足高载流子迁移率、低热导率（κ）和高效光吸收的材料仍稀缺。

针对这一挑战，国内研究人员通过密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）系统研究了六种Janus XBYO单层材料（X=S/Se/Te；Y=Al/Ga）的多功能特性。研究采用Quantum Espresso软件包，基于PBE交换关联泛函和超软赝势（US-PP）进行结构优化与性质计算，通过声子谱分析验证稳定性，并探究应变对性能的调控作用。

结构稳定性与电子特性
优化后的XBYO单层呈六方晶系，晶格常数随原子半径（S<>

光学与热电性能
材料在可见-紫外区（300-800 nm）具有强光吸收，应变可调控吸收峰位置。热电计算表明，SBGaO的Seebeck系数（S）与功率因子（S²
σ）最优，适合废热回收；而低热导率（κ）进一步提升了其zT值。

光催化水分解潜力
SBAlO、SeBAlO、SBGaO和SeBGaO的能带边缘完全覆盖水分解电位，在pH=0条件下可直接催化产氢。TeBAlO和TeBGaO则需应变调控以匹配能带要求，展现应变工程的独特优势。

该研究首次揭示了Janus XBYO单层材料在能源转换领域的多功能性：其可调电子结构、优异的光热响应特性及应变敏感性，为设计柔性光电器件、高效热电模块和可控光催化剂提供了新思路。特别是SBGaO的高热电性能与四类材料的自发光催化能力，有望推动清洁能源技术的实际应用。论文发表于《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》，为二维材料在可持续发展领域的应用开辟了新方向。