弯曲效应增强SnS2/InS异质结的可见光催化析氢性能

二维材料SnS2/InS异质结在光催化领域潜力巨大，但弯曲效应对其性能的影响尚不明确。研究人员通过第一性原理计算构建弯曲模型，发现弯曲可缩短键长、提升热稳定性，促使间接带隙向直接带隙转变，显著提高光吸收系数（6.47×104 cm-1）和析氢反应（HER）效率（ΔGH*=0.074 eV），同时调控OER/ORR活性，为高效光催化剂设计提供新思路。

　　

在能源危机与环境问题日益严峻的背景下，利用太阳能分解水制氢被视为清洁能源生产的理想途径。二维材料因其独特的原子级厚度和可调控的电子结构，成为光催化领域的研究热点。其中，SnS₂/InS异质结凭借优异的可见光响应能力展现出巨大潜力。然而，传统研究多聚焦于平面结构，忽略了材料在实际应用中可能存在的弯曲形态对性能的影响。这种几何形变究竟会如何改变材料的物理化学性质？能否通过弯曲设计进一步提升催化效率？这些问题成为突破现有技术瓶颈的关键。

江西理工大学的研究团队在《Molecular Catalysis》发表的研究中，创新性地提出通过压缩晶格常数构建弯曲SnS₂/InS异质结模型。采用第一性原理计算（基于VASP软件包结合PBE泛函）和分子动力学模拟，系统分析了弯曲对材料结构稳定性、电子能带、光吸收特性及催化活性的影响。研究特别关注90%、95%晶格压缩率下的弯曲模型，并与平面结构进行对比。

结构特性
弯曲导致键长显著缩短（如90%-SnS₂/InS中Sn-S键缩短至2.5515 ?），同时分子动力学模拟显示弯曲结构在高温下仍保持稳定，表明弯曲增强了材料热稳定性。

电子结构
弯曲诱导间接带隙向直接带隙转变，90%-SnS₂/InS的带隙值降至1.66 eV，更利于光生电子-空穴对分离。态密度分析证实弯曲增强了Sn-5s与S-3p轨道的杂化。

光学性质
弯曲结构在可见光区（特别是500-600 nm）吸收系数提升至6.47×10⁴ cm^-1，较平面结构提高约15%，归因于弯曲引起的电子跃迁概率增加。

催化性能
析氢反应（HER）中，90%-SnS₂/InS的氢吸附自由能（ΔG_H*）优化至0.074 eV，接近理想催化剂的零值标准。弯曲还通过调节In-5p轨道中心位置影响氧还原反应（ORR）过电位。

这项研究首次揭示了弯曲效应对SnS₂/InS异质结的多维度调控机制：几何形变不仅增强结构稳定性，还通过能带工程优化光吸收和载流子传输，最终实现HER效率的显著提升。该发现为二维材料在光催化、能源转换等领域的应用提供了"形貌-性能"协同设计的新范式，特别是通过可控弯曲实现"应变-电子结构-催化活性"的精准调控策略，对开发高效稳定的光催化材料具有重要指导意义。研究团队特别指出，未来可进一步探索不同曲率半径与催化活性的定量关系，以及弯曲结构在实际反应环境中的动态稳定性。