本發(fā)明屬于異質(zhì)結(jié)材料的，涉及具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料及其模型構(gòu)建方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今社會，全球能源需求不斷增長，而傳統(tǒng)能源的開采與利用已經(jīng)帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候變化問題。因此，尋找新型的清潔能源生產(chǎn)和利用方式成為全球范圍內(nèi)的迫切需求。在這一背景下，光催化技術(shù)因其無需外部能源輸入即可實現(xiàn)廢水凈化、有機(jī)物降解、水分解等重要反應(yīng)備受矚目。光催化的核心在于光生載流子的有效分離和利用，這直接影響著光催化反應(yīng)的效率和穩(wěn)定性。異質(zhì)結(jié)材料的設(shè)計與應(yīng)用被認(rèn)為是提高光催化效率的有效途徑之一。異質(zhì)結(jié)在材料中引入了不同的能帶結(jié)構(gòu)和電荷分布，能夠促進(jìn)光生載流子的分離，并提高其在催化反應(yīng)中的利用率。

2、隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，人們開始逐漸認(rèn)識到二維材料的卓越性能。在科技不斷進(jìn)步的今天，通過機(jī)械剝離、熱剝離或化學(xué)方法等手段制備出二維材料已成為可能，并且可以單獨(dú)進(jìn)行深入研究。相對于傳統(tǒng)的三維材料，二維材料由于其獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在電子材料、電池等高科技領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用；同時，二維材料具有表面積大、氧化還原位點(diǎn)多以及良好的載流子遷移率等特點(diǎn)，使其在光催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，近年來，人們開始更加重視對二維半導(dǎo)體材料用于光催化的研究。

3、hfs2是一種二維過渡金屬硫化物材料，具有優(yōu)異的光電特性和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于光電器件、光電傳感器等領(lǐng)域。然而，單純的hfs2材料在光催化應(yīng)用中存在著光生載流子復(fù)合速率高、光吸收范圍窄等問題，限制了其在光催化反應(yīng)中的效率和應(yīng)用。

4、因此，有必要研究hfs2與鋁化物所構(gòu)成的不同的異質(zhì)結(jié)對載流子傳輸性能以及光吸收性能，為設(shè)計高效的光催化材料提供了理論指導(dǎo)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料；本發(fā)明的目的之二在于提供一種具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料模型的構(gòu)建方法；本發(fā)明的目的之三在于提供一種具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料在光催化水分解中的應(yīng)用。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、1.一種具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料，所述異質(zhì)結(jié)材料的上層材料為單層的hfs2的1t相、下層材料為單層的alx；

4、所述單層的hfs2與單層的alx之間的晶格失配率小于等于5％；

5、所述alx中x為s、se或te中得任意一種。

6、優(yōu)選的，所述異質(zhì)結(jié)材料為p6/mmm的空間結(jié)構(gòu)、層間距為

7、優(yōu)選的，所述hfs2的價帶頂小于等于-5.67ev，所述alx的導(dǎo)帶底大于等于-4.44ev。

8、2.上述異質(zhì)結(jié)材料模型的構(gòu)建方法，所述構(gòu)建方法包括如下步驟：

9、(1)在material?studio軟件上設(shè)定空間群p6/mmm，晶格常數(shù)中a和b為c為d為建立具有層狀結(jié)構(gòu)的材料模型；

10、(2)通過material?studio軟件導(dǎo)出構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的cif文件并將其導(dǎo)入到vesta中，得到potcar文件，通過對potcar贗勢文件分析得到最大平面波截斷能信息，對hfs2/alx異質(zhì)結(jié)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一性原理結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算，能量和力的收斂值分別設(shè)置為1×10-8ev和截斷能為430ev、isif設(shè)置為3，k點(diǎn)在第一布里淵區(qū)取樣，采用gamma?scheme的方法，取k點(diǎn)為9×9×2，通過vasp進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。

11、2.上述異質(zhì)結(jié)材料在光催化水分解中的應(yīng)用。

12、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明公開了一種具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料，該異質(zhì)結(jié)材料的上層材料為單層的hfs2的1t相、下層材料為單層的alx(x為s、se或te中得任意一種)，其中單層的hfs2與單層的alx之間的晶格失配率小于等于5％。本發(fā)明具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料可以采用material?studio軟件進(jìn)行模型構(gòu)建，該方法只需輸入晶體結(jié)構(gòu)信息并進(jìn)行計算，無需依賴其他實驗或經(jīng)驗參數(shù)。同時該方法具有良好的可移植性，避免了傳統(tǒng)實驗試錯法所面臨的周期長、受制于材料制備工藝等環(huán)境因素的影響。這極大地提高了新材料設(shè)計的效率，降低了光催化材料的研發(fā)成本。本發(fā)明可望為解決能源和環(huán)境問題提供新的途徑，為可持續(xù)發(fā)展和綠色化工進(jìn)程做出重要貢獻(xiàn)。

13、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)材料的上層材料為單層的hfs2的1t相、下層材料為單層的alx；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)材料，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)材料為p6/mmm的空間結(jié)構(gòu)、層間距為

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)材料，其特征在于，所述hfs2的價帶頂小于等于-5.67ev，所述alx的導(dǎo)帶底大于等于-4.44ev。

4.權(quán)利要求1～3任一項所述異質(zhì)結(jié)材料模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述構(gòu)建方法包括如下步驟：

5.權(quán)利要求1～3任一項所述異質(zhì)結(jié)材料在光催化水分解中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及具有高效光催化性能的異質(zhì)結(jié)材料及其模型構(gòu)建方法和應(yīng)用，屬于異質(zhì)結(jié)材料的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開的異質(zhì)結(jié)材料的上層材料為單層的HfS<subgt;2</subgt;的1T相、下層材料為單層的AlX的1T相(X為為S、Se或Te中得任意一種)，其中單層的HfS<subgt;2</subgt;與單層的AlX之間的晶格失配率小于等于5％。本發(fā)明采用Material?Studio軟件進(jìn)行模型構(gòu)建，該方法只需輸入晶體結(jié)構(gòu)信息并進(jìn)行計算，無需依賴其他實驗或經(jīng)驗參數(shù)。同時該方法具有良好的可移植性，避免了傳統(tǒng)實驗試錯法所面臨的周期長、受制于材料制備工藝等環(huán)境因素的影響。這極大地提高了新材料設(shè)計的效率，降低了光催化材料的研發(fā)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：賀利軍,米成,王理燕,禹謎,佘良,馬康,龍興,張朝鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21