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山东大学戴瑛团队Nano Energy丨通过计算模拟预测二维材料In2X3的光催化全解水活性

山东大学戴瑛团队Nano Energy丨通过计算模拟预测二维材料In2X3的光催化全解水活性

光催化技术可以通过光催化材料的光电化学转换实现分解水和降解污染物,是解决能源危机和环境污染的途径之一, 探索和发现新型光催化材料对于发展光催化技术具有重要的意义。探索和研究新型二维光催化全解水材料的研究是当前光催化领域的重要课题之一。

目前,二维光催化分解水材料的研究主要局限于紫外光和可见光,开发和利用占太阳光谱能量约45%的红外光分解水材料是这一领域的难点。

山东大学戴瑛团队Nano Energy丨通过计算模拟预测二维材料In2X3的光催化全解水活性

近日,山东大学物理学院戴瑛教授团队在光催化全解水理论研究方面取得了新进展,相关研究成果以“Two-dimensional III2-VI3 materials: Promising photocatalysts for overall water splitting under infrared light spectrum”为题,发表在国际期刊Nano Energy,影响因子为13.12。该论文第一作者为2017级博士研究生赵佩,山东大学为独立完成单位,通讯作者为马衍东教授和戴瑛教授。

山东大学戴瑛团队Nano Energy丨通过计算模拟预测二维材料In2X3的光催化全解水活性

针对这一问题,团队进行了积极的理论探索,发现二维In2X3(X=S, Se, Te)材料在红外光区域有较好的光催化活性。

山东大学戴瑛团队Nano Energy丨通过计算模拟预测二维材料In2X3的光催化全解水活性

研究表明,由于其结构对称性的破缺导致了自发的极化,从而在体系中形成内建电场。在内建电场的作用下,光生电子和空穴沿着相反的方向迁移到材料的不同表面,分别发生光解水产氢和产氧的反应。

山东大学戴瑛团队Nano Energy丨通过计算模拟预测二维材料In2X3的光催化全解水活性

通过电子结构的研究分析发现,这类材料具有特殊的能带结构、较高的载流子迁移率及较小的激子结合能,是实现有效红外光催化全解水的潜在材料体系。

山东大学戴瑛团队Nano Energy丨通过计算模拟预测二维材料In2X3的光催化全解水活性

多年来, 戴瑛教授团队在半导体光催化材料性质及其物理机理等方面开展了一系列的实验和理论研究。在半导体光催化材料的性质与调控、表面等离子体光催化材料性能与机理以及新型二维光催化材料的结构设计与作用机理等方面取得了系列创新性成果,发表在ACS Nano, Nano Lett., Adv. Mater., Angew. Chem. In. Ed., J. Am. Chem. Soc., Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett., Light: Sci. Appl. 等国际期刊,SCI引用15000余次,19篇论文入选ESI高被引论文。

研究工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者计划,山东大学齐鲁学者计划和111计划项目的支持

文献信息:

Two-dimensional III2-VI3 materials: Promising photocatalysts for overall water splitting under infrared light spectrum. Nano Energy. 2018. DOI:10.1016/j.nanoen.2018.07.010

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