直接Z型InAs/SnS2 范德华异质结的理论设计：高效光催化分解水与可调电子特性研究

为应对能源危机，研究人员通过密度泛函理论(DFT)构建了InAs/SnS2 二维范德华异质结(vdWh)，发现其具有Z型电荷转移路径（0.13 |e|）、2.11×105 cm?1 的可见光吸收系数及9.57%的太阳能-氢能(STH)转换效率，为清洁能源开发提供新策略。

　　

随着全球能源危机加剧，开发高效光催化分解水技术成为解决清洁能源需求的关键。传统半导体材料如TiO₂
虽能实现水分解，但存在载流子复合率高、光吸收范围窄等问题。二维材料如石墨烯虽具高迁移率，却缺乏带隙；过渡金属二硫化物(TMDs)如SnS₂
虽成本低且环保，但性能受限。为此，中国某研究机构团队在《Applied Materials Today》发表研究，通过构建InAs/SnS₂
范德华异质结(vdWh)，探索其光催化分解水潜力。

研究采用密度泛函理论(DFT)计算，使用VASP软件包和PBE泛函，设置450 eV截断能和4×4×1 k点网格。通过优化几何结构、计算能带和光学性质，结合分子动力学模拟验证稳定性。

结构与稳定性
优化后的InAs和SnS₂
单层晶格常数分别为4.37 ?和3.68 ?，通过5种堆叠构型（T1-T5）筛选出最稳定的T1结构。分子动力学模拟证实该异质结在300 K下结构稳定。

电子特性
InAs/SnS₂
呈现II型能带排列（带隙1.05 eV），内置电场和能带弯曲共同诱导Z型电荷转移，电子从InAs流向SnS₂
，空穴反向迁移，总转移量达0.13 |e|。

光催化性能
异质结在可见光区吸收系数达2.11×10⁵
cm^?1
，太阳能-氢能(STH)效率为9.57%，其导带最小值(CBM)和价带最大值(VBM)分别满足HER和OER的氧化还原电位要求。

结论与意义
该研究首次理论证实InAs/SnS₂
vdWh具备Z型电荷转移机制，通过高效载流子分离和宽光谱吸收特性，为光催化分解水提供了新材料设计思路。Dan Li等作者指出，该异质结结合了InAs的高迁移率和SnS₂
的环境友好性，其9.57%的STH效率显著优于多数报道的二维光催化剂，有望推动清洁能源技术发展。