一种用于光催化水分解制氢的GaSe/ZnS异质结构设计方法

本发明属于光催化水分解制氢，具体涉及一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法。

背景技术：

1、氢(h2)已成为一种环境友好、高效的可再生能源，由于其卓越的能源生产和储存能力，在新能源领域引起了极大的研究关注，因此，寻找高效的制氢方法显得尤为重要，光催化分解水已经成为一种潜在的制氢方法，因为它可以有效地利用太阳能，并且在制氢过程中不产生污染物。

2、目前，硫化锌(zns)作为最重要的半导体之一，由于其成本低、储量丰富、无毒、在紫外光下能快速产生电子空穴对等优点，引起了人们的广泛关注，硒化镓(gase)晶体是iii-vi族二元金属单硫族化合物的典型代表，由于其高载流子迁移率、与厚度无关的发光效率和大规模生产优势，在光电子和非线性光学中引起了广泛关注，然而，单一的二维光催化剂在催化过程中不可避免地受到限制，例如，硫化锌与硒化镓均具有大的带隙、高的电子－空穴对复合率，其中硫化锌较低的载流子传输率导致整体催化性能与实际应用相去甚远，这使得其实际工业化并没有达到预期。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法，包括如下步骤：

4、s1：选取合适的二维单层gase和zns材料，并分别进行结构优化；

5、s2：根据s1得到的结构，利用有限元软件构建六方晶状gase/zns二维异质结，并根据原子对齐方式得到三种不同的二维异质构型；

6、s3：利用第一性原理计算软件有限元软件对s2构建的三种结构进行收敛性测试；

7、s4：利用第一性原理计算软件有限元软件对s2构建的三种结构进行结构优化计算；

8、s5：利用第一性原理计算软件有限元软件对s1以及s4中优化后的三种结构分别进行能量计算；

9、s6：对s4得到的结果根据公式eb＝ezns/gase-ezns-egase进行结合能计算，获得能量最低的构型，其中ezns/gase，ezns和egase分别表示2d gase/zns异质结构的总能量和孤立的zns单层和gase单层的总能量；

10、s7：利用s6得到的最为合理的结构进行性质计算。

11、优选的，所述s2中构建不同异质结构的具体操作为：固定单层zns不动，分别移动单层gase使得ga元素与s元素对齐；se元素与s元素对齐；ga元素与zn元素对齐，将会得到三种不同异质结。

12、优选的，所述s3中，分别对三种结构进行截断能与k点测试。

13、优选的，所述s4，将收敛性测试结果应用到结构优化参数中，使用pbe+dft-d2的density functional theory(dft)方法进行结构优化对三种异质结进行结构优化。

14、优选的，所述s7中，对得到的合理结构进行光催化性质计算：带边以及光吸收能力。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、针对单一二维光催化剂的固有缺陷问题，通过第一性原理计算方法，堆叠两种二维材料构建范德华异质结构，通过计算带边以及光吸收能力证明所设计的结构是一种有潜力的光催化剂。

技术特征：

1.一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法，其特征在于：所述s2中构建不同异质结构，固定单层zns不动，分别移动单层gase使得ga元素与s元素对齐，se元素与s元素对齐，ga元素与zn元素对齐，得到三种不同异质结。

3.根据权利要求1所述的一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法，其特征在于：所述s3中，分别对三种结构进行截断能与k点测试。

4.根据权利要求1所述的一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法，其特征在于：所述s4中，将收敛性测试结果应用到结构优化参数中，使用pbe+dft-d2的density functional theory(dft)方法进行结构优化对三种异质结进行结构优化。

5.根据权利要求1所述的一种用于光催化水分解制氢的gase/zns异质结构设计方法，其特征在于：所述s7中，对得到的合理结构进行光催化性质计算：带边以及光吸收能力。

技术总结本发明涉及光催化水分解制氢技术领域，具体公开了一种用于光催化水分解制氢的GaSe/ZnS异质结构设计方法，包括如下步骤：S1：选取合适的二维单层GaSe和ZnS材料，并分别进行结构优化；S2：根据S1得到的结构，利用有限元软件构建六方晶状GaSe/ZnS二维异质结，并根据原子对齐方式得到三种不同的二维异质构型；S3：利用第一性原理计算软件有限元软件对S2构建的三种结构进行收敛性测试；S4：利用第一性原理计算软件有限元软件对S2构建的三种结构进行结构优化计算；本发明针对单一二维光催化剂的固有缺陷问题，通过第一性原理计算方法，堆叠两种二维材料构建范德华异质结构，通过计算带边以及光吸收能力证明所设计的结构是一种有潜力的光催化剂。技术研发人员：鲍爱达,马游春,郭鑫,马永强,王杰,成晓龙,张慧受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11