【摘 要】
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对于层状两维（2D）结构而言,构建范德瓦尔斯（vdW）异质结能够实现利用层间相互作用调控电子性质的目的。2D金属硫化物,包括Ⅲ-Ⅵ族化合物（MX）和过渡金属硫化物（TMD）,具有优异的电子性质,在光伏器件、自旋电子器件方面表现出巨大的潜力。在本文中,我们通过构建由MX与它的双面神结构（MX-Janus）搭建的2型（Type-Ⅱ）半导体异质结（XM2X’/XM2X）,可实现电子和空穴的有效分离,能提
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对于层状两维（2D）结构而言,构建范德瓦尔斯（vdW）异质结能够实现利用层间相互作用调控电子性质的目的。2D金属硫化物,包括Ⅲ-Ⅵ族化合物（MX）和过渡金属硫化物（TMD）,具有优异的电子性质,在光伏器件、自旋电子器件方面表现出巨大的潜力。在本文中,我们通过构建由MX与它的双面神结构（MX-Janus）搭建的2型（Type-Ⅱ）半导体异质结（XM2X’/XM2X）,可实现电子和空穴的有效分离,能提高材料的光电转化效率（PCE）,从而提升MX在光解水产氢方面的应用;构建基于CrSe2-Janus的vdW异质结（XCrX’|XCrX’）,通过交替替换阴离子层调控层间准共价键（CLQB）的强度,从而调控层间的磁序转变距离,为实现层间的可逆性磁性调控提供了一些支持。我们的具体工作如下:1.光催化水分解制氢是一种有效的利用和转化太阳能的方法。高效的光催化剂是提高转化效率的关键。半导体异质结能有效促进载流子的分离,因此是光催化剂最有效的结构之一。利用第一性原理计算,我们筛选了由MX与MX-Janus搭建的vdW异质结,找到了一种高效的Type-Ⅱ半导体异质结（SeGa2Te/SeIn2Se）光催化剂,Type-Ⅱ半导体能带排列能够有效地促进光生电子-空穴对的分离。SeGa2Te/SeIn2Se具有合适的带边位置,在ph=0和ph=7时能带边缘都跨越水分解反应的氧化和还原势能位置,可以驱动析氢反应（HER）和析氧反应（OER）。同时,SeGa2Te/SeIn2Se在可见光范围内具有较高的光吸收率A（E）（～13.7%）和较高的PCE（～20.2%）,有利于对太阳能的吸收和转化。我们对应变影响的评估表明SeGa2Te/SeIn2Se的这些优异性质在垂直和面内应变作用下都能够保持,这保证了它在实际应用中的稳定性。2.人们在多种双层TMD中预言了层间铁磁序的转变,然而还没有人关注可逆性转变这个问题。合理的转变距离是实现可逆性转变的前提。我们以前人详细研究的CrS2和CrSe2为例,通过搭建它们与Janus结构的vdW异质结（XCrX’|XCrX’）,实现的对转变距离的调控。我们发现XCrX’|XCrX’的层间作用主要由层间pz轨道的交叠决定。较强层间pz轨道的交叠形成了CLQB。通过替换异质结的界面和最外层的阴离子层,可以引入电荷转移,改变CLQB的强度。当CLQB强的时候,泡利排斥决定层间pz轨道的交叠区的电子排列,层间为反铁磁序;反之,库伦排斥决定交叠区的电子排列,层间为铁磁序。
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