单层Cd2Cl2实现高效光催化水分解：低激子结合能与高载流子迁移率的协同机制

来自国内的研究人员通过第一性原理计算揭示了单层Cd2Cl2在光催化领域的突破性潜力。该材料展现0.27 eV的超低激子结合能、1.10×105 cm2 V?1 s?1的高电子迁移率及4.64×105 cm?1的强紫外吸收，其能带位置匹配水氧化还原条件，氯空位助力自发产氢，太阳能-氢能转换效率达18.35%，为二维光催化剂设计提供新范式。

　　

研究团队通过第一性原理计算（first-principles calculations）发现，单层Cd₂Cl₂具有仅0.27 eV的极低激子结合能（exciton binding energy），显著优于多数二维半导体材料，这一特性有效促进了电荷分离效率。同时，该材料展现出高达1.10×10⁵ cm² V^?1 s^?1的电子迁移率（electron mobility）和4.64×10⁵ cm^?1的近紫外区强光吸收能力，凸显其优异的光电特性。进一步研究表明，其能带边缘位置完美契合水分解的氧化还原条件，而氯空位（Cl vacancies）的存在更可触发自发产氢过程，最终实现18.35%的太阳能-氢能（solar-to-hydrogen, STH）转化效率，突破商业化应用阈值。此外，单层Cd₂Cl²在水环境中的电子与结构稳定性为其实际应用提供了坚实基础，这项研究为二维光催化剂的设计与开发开辟了新的方向。