长期以来,利用太阳能在半导体光催化剂上进行分解水反应被认为是一种解决未来能源危机和环境污染的有效策略。在此过程中,半导体光催化剂起着至关重要的作用。一般来说,一种理想的光催化剂至少需要满足以下三个基本条件:（1）带隙范围为1.6³.3 eV,用于吸收可见光;（2）带边位置（导带底和价带顶）应该要跨越水的氧化还原电位,使其能够同时进行析氢和析氧反应;（3）稳定性要足够高（包括不溶于水和耐腐蚀等）。此外,大的比表面积、高的载流子迁移率和小的激子结合能也是非常重要的条件。通过第一性原理计算,本文提出了二维Janus In₂XY（X、Y=S,Se和Te）单层作为潜在的光催化剂用于分解水反应。本文的研究内容主要包括以下三个部分:（1）提出并设计了Janus In₂XY单层的原子结构,通过声子谱计算证实它们是动力学稳定的。根据使用HSE06杂化泛函计算出的能带结构,得出In₂SSe,In₂STe和In₂SeTe单层的带隙分别为2.30,1.54和1.82 eV,满足光催化分解水反应对带隙的要求。此外,由于面外不对称性,使得In₂XY单层上下表面的不同硫族原子获得不等量的电子,从而诱导出一个促使光生电子和空穴分离的内建电场,这有利于提高光催化分解水反应的效率。（2）通过计算In₂XY单层相对于水的氧化还原电位的带边位置发现:它们的导带底轻微地高于或低于水的还原电位,使得析氢反应很难发生。通过施加应变的方式来移动带边位置是可以实现的,这是因为在弹性-塑性形变区域内,相比于MoS₂单层,In₂XY单层的一个单胞内具有更多原子,每个原子都有三个运动方向（x、y和z轴）来完成平移,并且有更多的旋转轴来完成应力下的晶格扭曲。所以,从理论上来说,In₂XY单层具有更大的应力自由度,并且晶格对应力/应变更加敏感。结果表明压缩应变有利于导带底和价带顶的上移,并且它们完全跨越水的氧化还原电位,从而提高了光催化分解水反应的性能。（3）由于压缩应变是有利于In₂XY单层的光催化分解水反应,所以我们进一步计算了在压缩应变下的载流子迁移率、激子结合能和光吸收系数。相比于MoS₂单层,发现In₂XY单层有着高且各向异性的载流子迁移率以及很小的激子结合能,使得在光照下它们中产生的光生电子和空穴可以有效地分离和转移到表面上,参与下一步的光催化分解水反应。此外,在可见光区域的光吸收系数有着一个或两个吸收峰,表明In₂XY单层能够有效地吸收可见光;且在压缩应变下吸收峰发生了红移,从而进一步提高了光催化分解水反应的效率。这种通用的应变驱动能带工程也适用于其他具有良好柔性的二维材料光催化剂中,并且也同时促进了相关实验的进一步研究。