Strain Tunable Photocatalytic Ability of $BC_{6}N$ Monolayer
本文基于杂化密度泛函理论研究了硼碳氮化合物（$BC_{6}N$）蜂窝晶格的光催化性能。我们观察到，随着明显的可见吸光度，$BC_{6}N$表现出良好的还原能力。它能够通过光电催化沉积重金属离子、产生氢燃料和封存二氧化碳。为了扩大其适用性，我们进一步调整其氧化还原能力，使用双轴应变。我们观察到，即使是轻微的膨胀，也使这种材料能够同时进行氧化和还原，这对于废物管理和通过自发水分解产生氢气至关重要。在这项研究中，我们提出$BC_{6}N$是一个有前途的潜在候选人，作为无金属二维光催化剂，并显示如何调整其适用性，以解决多种环境危机。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering of oxide thin films for photocatalytic applications
光催化材料是实施破坏性清洁能源应用的关键，例如由太阳能驱动将H $_{2}$ O和CO $_{2}$转化为燃料和化学品。然而，当暴露于可见光时能够催化感兴趣的化学反应的有效且成本有效的材料是稀缺的，这是由于它们必须满足严格的电子条件。化学和纳米结构化方法能够改善已知光活性化合物的催化性能，然而合成纳米材料的复杂性和所采用方法的复杂性使得光催化剂的系统设计变得困难。在这里，我们通过第一性原理模拟方法表明，在半导体氧化物薄膜上施加双轴应力$η$可以以显著和可预测的方式修改其光电和催化性能。特别是，我们表明，在适度的拉伸应变CeO $_{2}$和TiO $_{2}$薄膜成为合适的材料的光催化转化H $_{2}$ O到H $_{2}$和CO $_{2}$到CH $_{4}$在阳光下。由$η$引起的带隙位移的再现定性由一个简单的分析模型，只依赖于结构和介电磁化率的变化。因此，外延应变代表了一个有前途的路线，有条不紊地筛选和合理设计的光催化材料。
2019-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Engineered s-C$_3$N$_6$ Monolayer for Efficient Water Splitting: A first-principles study
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
通过第一性原理计算，研究应变工程对二维s-C$_3$N$_6$单层的电子结构、光学性质和光催化性能的影响，发现压缩双轴应变（-8%和-10%）可使其能带边缘跨越氧化还原电位，实现自发全水分解。
2026-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Multifunctionality in Janus CrMCN4 (M = Si/Ge) Monolayers: Valleytronic Physics, Piezoelectric Response, and Photocatalytic Potential
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）
该研究通过第一性原理计算，揭示了Janus CrSiCN4和CrGeCN4单层的谷电子学、压电及光催化特性，表明组分和应变可调控其性能，为多功能纳米器件设计提供了依据。
2026-10-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two dimensional silicon chalcogenides with high carrier mobility for photocatalytic water splitting
本研究通过第一性原理计算预测二维SiX（X=S、Se、Te）单层具有合适带隙与带边、可见光吸收强及高载流子迁移率，且其性能可通过应变和层数调控，是潜力光催化分解水材料。
2018-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Strain Engineering for Phosphorene: The Potential Application as a Photocatalyst
磷杂环戊二烯由于具有高载流子迁移率和各向异性的光电性能而引起了人们的极大兴趣。本论文基于密度泛函理论计算，揭示了菌株工程磷烯作为光催化剂在水裂解制氢中的应用。晶格动力学计算表明了这种人工材料在不同应变下的稳定性。磷烯晶格在压缩应变下是不稳定的，并且可能被破坏。而磷烯晶格在拉伸应变下表现出很好的稳定性。采用从头算分子动力学模拟进一步研究了磷烯在液态水中的稳定性。利用无参数混合泛函方法计算了磷烯的带隙从室温下的1.54 eV到拉伸应变下的1.82 eV的可调带隙。适当的带隙和带边排列在一定的pH值表明磷烯作为一个足够有效的光催化剂用于可见光水裂解的潜在应用。我们发现，应变磷烯表现出显着改善可见光照射下的光催化性能，通过计算光吸收光谱。吸附态H_2O的负裂解能表明，无论有无应变，磷烯上的水裂解都是能量有利的。
2014-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Photocatalytic acetaldehyde oxidation in air using spacious TiO2 films prepared by atomic layer deposition on supported carbonaceous sacrificial templates
以负载的碳纳米片和碳纳米管为牺牲模板，制备了大空间的TiO2光催化薄膜。通过原子层沉积（ALD）在碳质模板材料上共形地沉积非晶TiO2。在550°C下煅烧后，碳模板被氧化去除，并且所沉积的连续无定形TiO 2层转化为具有与原始模板结构相称的总体形态的互连的纳米颗粒。考察了模板剂种类、ALD循环次数和污染物气体停留时间对薄膜光催化活性的影响，以及薄膜光催化性能的稳定性。作为光催化室内空气污染治理的模型反应，该TiO2薄膜对空气中乙醛的光催化降解表现出优异的光催化活性。优化的膜优于商业PC 500的参考膜。
2014-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Role of Defects in Photocatalytic Water Splitting: Monodoped vs Codoped SrTiO$_3$
利用杂化密度泛函理论和\textit{ab initio}原子热力学方法，研究了非金属（N）和金属（Mn）单掺杂对SrTiO $_3$可见光吸收的影响，发现它们都不适合提高光催化活性。因此，为了提高SrTiO $_3$的光催化活性，我们在SrTiO $_3$中同时掺杂Mn和N来有效地调节其电子性质。在共掺杂的SrTiO $_3$中，光生载流子的复合受到抑制，分立局域态的钝化使扩散和迁移率增加。结果表明，Mn $_{\textrm{Sr}}\textrm{N}_\textrm{O}$（Mn在Sr位和N在O位的共掺杂）是提高SrTiO $_3$在可见光下光催化活性的最有希望的候选者。
2020-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Transparent TiO2 Nanotubes Arrays Directly Grown on Quartz Glass Used in Front- and Back-Side Irradiation Configuration for Photocatalytic H2 Generation
在目前的工作中，我们探索的正面和背面的性能的光催化平台组成的自组织的二氧化钛纳米管层形成的钛金属薄膜蒸发在石英幻灯片上完全阳极氧化。通过合适的阳极氧化程序优化石英表面上的管层的粘附性和透光性。在它们生长之后，纳米管阵列被转化为晶体结构，并涂覆有助催化的Pt纳米颗粒。光学透明的石英衬底使得能够使用Pt装饰的管层用于在前侧或后侧照明配置下的光催化H2生成。石英上的纳米管膜的特征在于鉴于其物理化学性质，包括使用不同光源测量的其光透射特征。结果表明，在优化因子下，负载的助催化剂的量在H2产生方面产生最大化的光催化性能。
2016-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Sonochemical synthesis of large two-dimensional Bi2O2CO3 nanosheets for hydrogen evolution in photocatalytic water splitting
横向大（~3微米），原子级薄的二维（2D）Bi 2 O2 CO 3纳米片（2D碳酸氧铋，2D铋矿）制造通过声化学辅助无模板合成。从大块Bi粉末合成独立的横向大的2D Bi 2 O2 CO 3纳米片的关键是悬浮介质的选择、受控的反应温度和几个小时的处理时间。二维Bi 2 O2 CO 3的横向尺寸可以控制在微米级纳米片和几十nm级纳米片之间，这仅仅是基于悬浮介质的选择。这里介绍的2D Bi 2 O2 CO 3纳米片/薄片，然后通过一个简单的混合和匹配的方法与TiO 2纳米粒子的测试在悬浮液型光催化制氢通过水裂解杂交。本文介绍了一种新型的无贵金属助催化剂--二维Bi 2 O2 CO 3与TiO 2的光催化析氢反应。我们的研究结果丰富了新兴的2D氮氧化物碳酸盐的制造工具箱对大的2D纳米片，并证明了有前途的潜力的2D Bi 2 O2 CO 3作为一个有利的（共）催化剂在光催化水分解析氢。
2021-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Morphology and photocatalytic activity of highly oriented mixed phase titanium dioxide thin films
采用旋涂法在石英衬底上制备了未掺杂和金属离子掺杂的溶胶-凝胶（Sol-Gel）前驱体TiO 2薄膜。这些薄膜的特征在于通过扫描电子显微镜，激光拉曼显微光谱，X射线衍射和紫外可见透射。以亚甲基蓝溶液为研究对象，考察了薄膜的光催化性能。薄膜表现出高度的取向性和热稳定性的α相作为基板效应的结果。在不存在掺杂剂的情况下，金红石相形成为平行带在相变过程中变宽。掺杂或共掺杂过渡金属的TiO 2薄膜在800 ℃以下的温度下，由于氧空位的增加，在分离的团簇中形成金红石。在这项工作中合成的薄膜的光催化活性很低，可能是由于在溶液中的染料分子的二氧化钛表面接触差。过渡金属掺杂剂的存在似乎不利于光催化活性，而混合相膜的性能没有观察到显着不同的单相材料。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci
A comparative first-principles investigation of bilayer NbOX2 (X=Cl, Br, I) for Photocatalytic water splitting applications
本文通过第一性原理计算研究了双层NbOX2（X=Cl，Br，I）的结构、电子、光学和光催化性质，发现其在可见和紫外区域具有良好的光催化水分解性能。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Photocatalytic Water Splitting Activity of Boron Thiophene Polymer through Pore Size Engineering
本文通过第一性原理计算研究硼噻吩聚合物的孔径调控对光催化分解水性能的影响，发现B中心间含两个噻吩单元时可实现全分解水，为设计无金属单材料光催化剂提供了理论依据。
2024-01-14 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Investigation of Transition Metal Doped WSe$_{2}$ Monolayer for Photocatalytic Water Splitting
光催化分解水是一种很有前途的可再生能源，可替代有限的化石燃料。从太阳能到氢燃料的转换效率主要取决于材料。以前，研究人员研究了不同的TMD，如WS $_{2}$和PdSe $_{2}$。这些材料在某些方面表现良好，例如强的吸附稳定性和有希望的HER能力，但是它们的带隙仍然不理想。本论文研究了一种新型的TMD材料WSe $_{2}$，它是目前用于异质结构光催化剂的新型TMD材料。据我们所知，这是第一次评估使用过渡金属掺杂的WSe $_{2}$作为潜在的光催化分解水的光催化剂。使用第一性原理计算，我们评估了原始WSe 2以及Cr、Mo、Ta和Re掺杂的WSe $_{2}$的带隙和其他光催化能力。与以前研究的TMD材料相比，我们新研究的三种材料（原始的、Mo掺杂的和Ta掺杂的WSe $_{2}$）表现出更理想的带隙，其更接近于理想的（1.23 eV）;我们的材料的带边位置也更接近于H $^{+}$ /H $_{2}$的理想还原电势和O $_{2}$ /H $_{2}$ O的理想氧化电势。此外，Mo和Ta掺杂的WSe $_{2}$单层经历放热过程，表明稳定的单层。在所选的三种材料中，原始的WSe $_{2}$表现出最强的吸水能力。我们的研究结果证实了原始的，Mo掺杂，和Cr掺杂的WSe $_{2}$作为潜在的光催化剂用于水裂解。
2022-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Photocatalytic Properties of Anisotropic $β$-PtX$_2$ (X= S, Se) and Janus $β$-PtSSe monolayers
基于密度泛函理论，研究了各向异性 $β$-PtX$_2$ 和 Janus $β$-PtSSe 单层的光催化水分解性能，发现其具有合适的带隙、高载流子迁移率及优异的太阳能到氢能转换效率，是理想的候选材料。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Rashba Splitting in Janus InXPbP (X = S, Se, Te) Monolayers for Enhanced Photocatalytic Water Splitting
Hanoi University of Science and Technology（河内科技大学）；National Taiwan University（台湾大学）
通过第一性原理计算，研究了 Janus InXPbP (X = S, Se, Te) 单层的 Rashba 效应及其在光催化水分解中的应用，发现可通过改变硫族原子有效调控 Rashba 劈裂，且三种单层均具有合适的带隙和能带边缘位置，实现了高达 29.83% 的太阳能制氢效率。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsically Activated SrTiO3: Photocatalytic H2 Evolution from Neutral Aqueous Methanol Solution in the Absence of Any Noble Metal Cocatalyst
贵金属助催化剂通常是基于氧化物半导体的光催化制氢的关键因素。在目前的工作中，我们表明，优化的高温氢化的市售钛酸锶（SrTiO 3）粉末可用于工程师的内在的助催化壳周围的纳米粒子，可以创建一种光催化剂，是非常有效的，而不使用任何额外的助催化剂从中性甲醇水溶液中产生氢气。对于SrTiO 3 [100]单晶以及Nb掺杂的SrTiO 3（100）单晶也可以观察到这种本征激活效应。对于所有类型的SrTiO 3样品（纳米粉末和单晶），在最佳条件下氢化导致表面羟基化层与晶格缺陷一起可见透射电子显微镜，电子顺磁共振（EPR），和光致发光（PL）。活性样品在缺陷矩阵中提供状态-这与在其他还原气氛中形成的非活性缺陷形成对比。在水介质中，活性SrTiO 3样品显示出显着的负移的平带电位（在光电化学以及电容数据）和较低的电荷转移电阻的光激发电子。因此，我们归因于显着的无助催化剂的材料的活化之间的协同作用的热力学（由羟基化引起的改变界面能）和动力学（电荷转移调解合适的Ti 3+状态）。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and interfacial properties of 2D mxene/blue phosphorene heterostructures: impact of external strain for thermoelectric applications
本文通过第一性原理研究氧官能化MXene/蓝磷烯异质结构在应变下的电子与热电性质，发现应变可调控带隙和能带排列类型并显著提升热电功率因子与品质因数，为其在光电子和高温热电器件中的应用提供依据。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suitability of $β$-Mn$_2$V$_2$O$_7$/$β$-Cu$_2$V$_2$O$_7$ solid solutions for photocatalytic water-splitting
焦钒酸盐$β$ $_2$ V $_2$ O $_7$和$β$ $_2$ V $_2$ O $_7$作为光阳极材料用于水裂解之前进行了研究.然而，他们都没有被发现是足够活跃的。在这项工作中，我们通过密度泛函理论计算来预测这两种结构相似的焦钒酸盐的固溶体的性质，以探索其能带结构对水裂解的适用性，并评估其易于合成。我们预测，高达20%的Cu或Mn分别取代到$β$ -Mn $_2$ V $_2$ O $_7$和$β$ -Mn $_2$ V $_2$ O $_7$中导致带隙变窄，这在前一情况下通过紫外-可见光谱实验证实。然而，在中间组成范围内的固溶体的计算，产生几乎恒定的带隙。此外，我们预测具有较高取代水平的固溶体越来越难以合成，这意味着具有低取代水平的固溶体在带隙和易于合成方面是最相关的。
2020-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Te Doped Indium (II) Selenide Photocatalyst for Water Splitting: A First Principles Study
石墨烯类2D材料在光催化水分解领域引起了极大的关注。硒化铟（InSe）是一种这样的潜在材料。在这里，我们报告的影响，碲对硒化铟单分子膜的光催化分解水的密度泛函计算。计算的带隙落在太阳光谱的可见光区域内，表明这些材料可以吸收大量的太阳光。态密度的计算表明，共价字符之间存在的原子，这是典型的层状系统。相对于氧化还原电位的能带排列表明，Te掺杂的InSe比原始的InSe单层更有利于氢还原反应。我们的总体结果表明，碲取代提高了光催化分解水的能力在硒化铟单层。
2016-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Band Structure Engineering, Optical, Transport, and Photocatalytic Properties of Pristine and Doped Nb3O7(OH): A Systematic DFT Study
本研究通过系统DFT分析，探究原始及Ta/Sb掺杂Nb3O7(OH)的结构、能带工程等特性，发现掺杂可减小带隙、红移光学阈值并提高载流子迁移率，为其光催化及光电化学应用提供理论依据。
2025-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Record-high photocatalytic rate at single atomic metal oxide
金属氧化物在环境修复与保护、能源转换与储存等方面得到了广泛的研究和应用。这些不同的应用中的大多数是金属氧化物的电子状态的巨大多样性的结果。然而，值得注意的是，许多金属氧化物在催化中的应用存在障碍，因为这些材料中的活性中心密度低。氧化物催化剂的尺寸减小是提高活性中心密度的策略。在这里，我们展示了单原子金属氧化物的制造，其中氧化物尺寸达到最小值。然而，这种SATO中的催化机制是由准原子物理决定的，这与传统的尺寸效应有根本区别，也与标准的凝聚态物理相反。SATO导致创纪录的高和稳定的阳光光催化降解率为0.24，这超过了可用的光催化剂约两个数量级。该光催化过程是通过准原子物理机制实现的，其中自旋上通道中的电子从HOMO激发到LUMO+1态，这只能在SATO中与W5+发生。
2019-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional vertically polarized Hg3AsSe4I monolayer for efficient photocatalytic water-splitting: promoting carrier separation by intrinsic electric field and Rashba effect
Frontier Institute of Science and Technology, State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学前沿科学研究所、电气绝缘与电源设备国家重点实验室）；Key Lab of advanced optoelectronic quantum architecture and measurement (MOE), Beijing Key Laboratory of Quantum Matter State Control and Ultra-Precision Measurement Technology, and School of Physics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院、光电量子架构与测量教育部重点实验室、北京市量子物质态控制与超精密测量技术重点实验室）
本文系统研究了实验合成的二维垂直极化范德华层状材料Hg3AsSe4I单层作为高效光催化剂，利用其稳定垂直极化和强Rashba自旋轨道耦合实现光生载流子的高效分离。
2026-07-02 cond-mat.mtrl-sci
LaTiOxNy thin film model systems for photocatalytic water splitting: physicochemical evolution of the solid-liquid interface and the role of the crystallographic orientation
带隙的大小和能带边缘的能量位置使得几种氮氧化物半导体成为在太阳光照射下有效生产氢和氧的有希望的候选者。致力于氮氧化物材料的密集研究工作已经揭示了其大多数最重要的特性。然而，有两个关键方面受到的关注要少得多。一个是在操作过程中发生的组成/结构表面改性以及这些改性如何影响光电化学性能的关键问题。第二个问题是氧氮化物半导体的电化学响应和晶体表面取向之间的关系。这些确实是具有根本重要性的主题，因为正是在表面处发生可见光驱动的电化学反应。与传统的粉末样品相比，薄膜代表了这些研究的最佳模型系统。本研究回顾了氮氧化物薄膜的制备和表征的最新进展，然后重点介绍了LaTiO 2 N作为代表性的光催化剂。我们报告调查的初步物理化学演变的表面。然后，我们表明，稳定后，吸收的光子到电流的转换效率的外延薄膜可以不同的不同的晶体表面取向的约50%，是5倍以上的多晶样品。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructures Design: the Role of Cocatalysts for Hydrogen and Oxygen Generation in Photocatalytic Water Splitting
由于不可再生燃料带来的能源供应压力以及与环境相关的问题，通过光诱导水裂解来有效地转换太阳能-化学能是解决现有问题的有希望的策略之一。为了增强光催化析氢和析氧的整体催化性能，助催化剂的选择和构建至关重要。近年来，以负载型助催化剂为活性中心，对半导体光催化剂进行改性，扩大了光收集范围，促进了电子的分离和转移，提高了光催化活性。本文结合光催化分解水的原理，重点介绍了近年来助催化剂在光催化分解水中的作用机理和作用。总结了现有助催化剂的种类和研究内容，包括析氢助催化剂、析氧助催化剂和全水裂解双助催化剂。最后，对高效助催化剂的合理设计和大规模应用提出了展望。
2021-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Band Engineering of Carbon Nitride Monolayers by N-type, P-type, and Isoelectronic Doping for Photocatalytic Applications
由于氢燃料在所有燃料中涉及最高的能量密度，通过太阳能水分解方法生产这种气体已被建议作为由于化石燃料的广泛消耗而导致的温室环境问题的绿色补救措施。具有大的表面积与体积比的低维材料可以是用于光催化方法的有希望的候选者。在这里，我们使用了广泛的第一性原理计算，以调查新制作的二维碳氮化物的成员，包括tg-C3 N4，hg-C3 N4，C2 N，和C3 N的水裂解的应用。通过n型、p型和等电子掺杂剂（如B、N、P、Si和Ge）的能带工程被证明用于调整电子结构;优化太阳能吸收和能带对准以获得更好的性能。原始的tg-C3 N4、hg-C3 N4和C2 N晶体分别涉及3.190 eV、2.772 eV和2.465 eV的带隙，这不适合于水裂解。在掺杂剂中，Si和Ge掺杂剂可以使碳氮化物的带隙变窄约0.5 - 1.0eV，并且还增加其在可见光谱中的光学吸收。这项研究提出了潜在的掺杂等电子元素，大大提高氮化碳纳米结构的光催化特性。
2018-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
As-based ternary Janus monolayers for efficient thermoelectric and photocatalytic applications
本研究通过第一性原理计算发现新型2D Janus AsTeX单层具有高稳定性和优异光电性质，在热电转换和光催化分解水制氢方面展现出巨大应用潜力。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Photocatalytic water oxidation on SrTiO$_3$ [001] surfaces
SrTiO $_3$是一种高效的光催化剂，用于紫外光照射下的整体水裂解反应。然而，负责氧化和还原反应的活性表面位点的原子水平的理解仍然缺乏。在这里，我们提出了一个统一的实验和计算帐户的光催化活性在SrO-和TiO $_2$ -终止的水溶剂化[001] SrTiO $_3$。我们的实验结果表明，只有当两个终端同时暴露于水的SrTiO $_3$表面上进行的整体水裂解反应。我们的模拟解释了这一点，表明光生空穴驱动的氧化主要发生在SrO表面在一个序列的四个单一的空穴转移反应，而TiO $_2$终止效果的关键带对齐的光催化剂相对于水的氧化电位。目前的工作阐明了SrTiO $_3$表面的两个化学终端的相互依赖性，并随之产生的影响，最大限度地提高可持续的太阳能驱动的水分解。
2022-01-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Compositional gradients in sputtered Ti-Au alloys: Site-selective Au-decoration of anodic TiO$_2$ nanotubes towards enhanced photocatalytic H$_2$ evolution
Au纳米粒子在TiO $_2$表面的电子转移助催化作用可以提高光催化H $_2$的生成性能。最大化助催化效果的关键是精细控制Au纳米颗粒的尺寸和在光催化剂上的位置，这与诸如TiO $_2$形态、照射波长和路径以及光催化剂中的光穿透深度等参数有关。本文提出了一种用Au纳米粒子对阳极TiO $_2$纳米管（TN）进行本征选择性修饰的方法：通过Ti和Au共溅射制备Ti-Au合金层，其厚度方向具有成分梯度;这些层，当在自排序电化学条件下阳极化时，可以形成Au修饰的TN，其中Au纳米颗粒密度和位置根据金属合金基底中的Au浓度分布而变化。我们的研究结果表明，Au助催化剂的放置强烈影响的TN层的光催化H $_2$的演变性能。我们证明，当生长Au装饰TN时，使用具有合适的Au成分梯度的Ti-Au衬底可以导致更高的H $_2$演化速率，与传统生长的具有均匀助催化剂装饰的TN相比。作为副作用，助催化剂纳米颗粒的适当放置允许减少贵金属的量而不倾倒H $_2$释放活性。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Water structure near the surface of Weyl semimetals as catalysts in photocatalytic proton reduction
Dynamics of Condensed Matter and Center for Sustainable Systems Design, Chair of Theoretical Chemistry, Paderborn University（帕德博恩大学凝聚态动力学与可持续系统设计中心理论化学教席）
本研究通过QM/MM分子动力学模拟结合实验，揭示外尔半金属表面水结构与光催化质子还原活性的关联，发现光敏剂电荷对催化性能有关键作用。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Highly efficient BiVO4 single-crystal nanosheets with dual modification: phosphorus doping and selective Ag modification
BiVO 4是一种具有可见光响应的光催化剂，由于其原材料来源丰富、稳定性好、成本低廉，显示出巨大的发展潜力。由于分离电子-空穴对的能力较差，限制了其进一步的应用。事实上，单一组分的改性策略几乎不足以获得高效的光催化性能。在本工作中，P取代了一些V原子从钒含氧阴离子，即P掺杂到V的位置在BiVO 4的主机晶格通过水热路线。同时，Ag作为一种有吸引力的和有效的电子助催化剂，选择性地修饰在BiVO 4纳米片的（010）面，通过简单的光沉积。结果表明，双修饰的BiVO 4片对亚甲基蓝（MB）具有较好的光催化降解性能。详细地说，光催化速率常数（k）为2.285 min-1g-1，这是2.78倍高于原始BiVO 4纳米片。实际上，P掺杂有利于O空位的形成，导致更多的载流子，促进光催化反应。另一方面，金属Ag负载在（010）面上有效地转移了光生电子，从而有助于电子-空穴对的分离。本工作为高效光催化材料的智能设计和可控合成提供了新的思路。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
MoSi2N4 single-layer: a novel two-dimensional material with outstanding mechanical, thermal, electronic, optical, and photocatalytic properties
最近，已经成功地制造了二维（2D）形式的MoSi 2N 4 [Hong等人，Sci. 369，670（2020）]。基于这些实验结果，本文采用混合密度泛函理论（HSE 06-DFT）研究了该材料的结构、力学、热学、电学、光学和光催化性能。声子带色散计算揭示了MoSi_2N_4单层结构的动力学稳定性。此外，力学研究证实了MoSi 2N 4单层的稳定性。与石墨烯的相应值相比，我们发现杨氏模量降低了30%，而泊松比增加了30%。此外，它的功函数与磷烯和MoS 2单分子膜的功函数非常相似。电子结构研究表明MoSi_2N_4单层膜是一种间接带隙半导体。我们已经确定使用HSE 06（GGA）的带隙为2.35（1.79）eV，这是实验带隙（1.99 eV）的高估（低估）值。热电研究表明，MoSi 2N 4单层的热电性能良好，在高温下的优值略大于1。使用RPA方法在HSE 06上构建的光学分析表明，MoSi 2N 4单层的面内偏振的第一吸收峰位于可见光谱范围内，即它是一个有前途的候选人，为推进光电纳米器件。光催化研究表明，MoSi_2N_4单层膜可以作为一种很有前途的光催化剂用于水的分解以及CO_2的还原。总之，迷人的MoSi 2N 4单层由于其独特的物理性能而在许多应用中是一种有前途的2D材料。
2020-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Janus $β$-Te$_2$X (X = S, Se) Monolayers for Efficient Excitonic Solar Cells and Photocatalytic Water Splitting
本研究基于第一性原理计算，发现二维 $β$-Te$_2$X (X = S, Se) 单层具备高载流子迁移率与优异光吸收特性，构建的II型异质结太阳能电池PCE达约21%，且水分解STH效率达12-13%，是高效光收集器件的优质候选材料。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Photocatalytic Water Splitting by M$_1$M$_2$CO$_2$ (M$_1$ = Zr,Hf; M$_2$ = Hf,Ti,Sc) MXenes
本文通过第一性原理DFT计算研究M$_1$M$_2$CO$_2$ MXenes，筛选出ZrHfCO$_2$和ZrTiCO$_2$作为适合光催化分解水的候选材料，并揭示其在可见光和紫外区域具有良好吸收及光电应用潜力。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Synthesis methods of graphitic carbon nitride: a superior photocatalyst
近年来，共轭聚合物如石墨碳氮化物（g-C3 N4）在利用可再生能源和通过光催化分解水进行环境修复方面引起了研究人员的极大关注。其适度的电子带隙结构有助于吸收大量太阳辐射的大光谱，用于通过水裂解法产生氢，一种高密度化学能源。其出色的物理化学稳定性使其成为可靠的能量转换材料。研究人员的另一个关键属性是合成原始g-C3 N4及其用金属和非金属材料改性的纳米复合材料结构的简单方法。g-C_3 N_4可以通过化学和物理两种方法合成。在这项工作中，观察到的结构，光学和光催化性能的优越性，在物理开发的g-C3 N4化学合成的g-C3 N4已被讨论，并在这些研究的基础上，提出了一个合适的合成方法。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Double-Side Cocatalytic Activation of Anodic TiO$_2$ Nanotube Membranes with Sputter-Coated Pt for Photocatalytic H$_2$ Generation from Water-Ethanol Mixtures
采用自组织阳极氧化技术和电位冲击技术制备了自支撑TiO $_2$纳米管膜。然后通过溅射不同的Pt量来装饰膜，i）仅在顶部，ii）仅在底部或iii）在管层的顶部和底部。将Pt修饰的膜以管顶向上或管顶向下的配置转移到FTO载玻片上，并在结晶后使用正面或背面光照射作为H $_2$产生的光催化剂进行研究。管膜的双面Pt-装饰导致更高的H $_2$生成速率（管和光照射配置无关）相比，膜装饰只有一个侧面具有类似的总Pt量。结果表明，这种效果并不归因于Pt助催化剂的总量本身，而是归因于其在两个管末端的分布。这导致优化的光吸收和电子扩散/转移动力学：膜的中心部分充当光收集区，并且其中产生的电子可以向Pt/TiO $_2$活性区（管末端）扩散，在那里它们可以与环境反应并产生H $_2$气体。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical proposal of a revolutionary water-splitting photocatalyst: The monolayer of boron phosphide
近年来，水分解光催化制氢作为一种可持续的清洁能源正引起人们的关注。光催化制氢系统比电解和太阳能电池、风力发电等耦合系统更简单、更便宜、更容易扩大规模。本文提出磷化硼单层膜作为一种稳定高效的水分解光催化剂，通过高精度的密度泛函理论计算，使用HSE 06功能与溶剂效应。磷化硼的单层具有约1.4 eV的直接允许能隙，并且用作一步激发光催化剂。它吸收波长低于约890 nm的太阳光（紫外线、可见光和近红外线），并在合适的pH条件下从水中产生氢气和氧气。通过计算析氢和析氧反应的过电位，证实了其光催化效果。磷化硼单分子膜将实现绿色氢革命。
2022-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Computational Search for Two-Dimensional Photocatalysts
为了克服当前严重的能源和环境问题，光催化水分解具有很大的前景，因为它只需要太阳能作为能量输入来产生氢气。二维（2D）半导体和异质结构具有几个固有的优点，这些优点比它们的块状对应物更适合于提高太阳能。在这项工作中，通过执行高通量的第一性原理计算结合半经验范德华色散校正，我们首先提供了范德华异质结构的能带排列类型的周期表，当从我们的2D半导体数据库（2DSDB）（https：//materialsdb.cn/2dsdb/index.html）获得的260个半导体单层中的任意两个组装时。基于光催化分解水的经验法则，我们进一步筛选了数十种潜在的半导体和数千种有希望用于光催化分解水的异质结构。由此产生的数据库将提供一个有用的指导实验设计合适的二维vdWHs和光催化剂根据所需的应用。
2022-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal and dimensional stability of photocatalytic material ZnPS$_3$ under extreme environmental conditions
本研究通过高压和低温实验及DFT计算，证明ZnPS$_3$在极端条件下具有优异稳定性，并发现其可调电子性质和高热膨胀系数，使其成为极端环境传感应用的候选材料。
2025-01-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Significantly enhanced photocatalytic degradation of Methylene Blue using rGO-SnO2 nanocomposite under natural sunlight and UV light irradiation
本文报道了还原型氧化石墨烯-二氧化锡纳米复合材料的制备及其对亚甲基蓝的脱色降解效果。采用液相共沉淀法制备了二氧化锡，采用溶液混合法制备了还原型氧化石墨烯-二氧化锡（rGO-SnO 2）纳米复合材料。二氧化锡纳米粒子（NPs）作为光催化剂用于水净化和环境净化已受到广泛关注，但其光生电子空穴对（EHP）复合是限制因素之一。还原氧化石墨烯-氧化锡（rGO-SnO 2）纳米复合材料非常有效地克服了光催化应用的这一限制。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和傅里叶变换红外光谱仪对合成的GO、SnO 2、GO-SnO 2、rGO和rGO-SnO 2纳米复合材料进行了表征。XRD数据证实了在2 θ =10.44度处对应于GO的（002）反射的尖锐峰，层间距d为8.46埃，表明通过石墨的氧化成功制备了GO。此外，衍射峰从2 θ =10.44度移动到2 θ =23.31度也证实了rGO的成功合成。SEM图像显示了所有光催化剂的形态。EDX研究通过给出纳米材料中存在的所有元素来研究样品的元素组成和纯度。通过FTIR鉴定官能团的存在。在自然光和紫外光照射下，rGO-SnO 2（1：10）纳米复合材料在15 min内对亚甲基蓝（MB）的光降解效率分别为94%和95%。此外，本文还对亚甲基蓝的降解动力学进行了研究。
2018-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Tunable photochemical deposition of silver nanostructures on layered ferroelectric CuInP$_2$S6
二维层状铁电材料CuInP $_2$ S6（CIPS）由于其层状厚度、强层间耦合和本征自发极化等优点，有望成为新型高性能光催化剂的候选材料。在这项工作中，我们首次报道了铁电CIPS的光催化活性的化学沉积银纳米结构（AgNS）。结果表明，通过控制层厚、环境温度和光波长，可以对CIPS上AgNS的形貌和空间分布进行调控。层厚度和温度依赖性实验证明，CIPS中的铁电极化在可调AgNS光沉积中起着关键作用。我们进一步揭示了AgNS光沉积过程开始于活性位点的产生，选择性纳米粒子成核/聚集，连续成膜。此外，光沉积法制备的AgNS/CIPS异质结构具有良好的电阻开关特性和表面增强拉曼散射活性。我们的发现为层状铁电体的光催化活性提供了新的见解，并为智能忆阻器和增强型化学传感器中的先进功能器件应用提供了新材料平台。
2022-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
TiO2 with Super Narrow Bandgap Achieved in One-Step Single-Mode Magnetic Microwave Induced Plasma Treatment
采用一种简单、新颖的单模磁微波诱导等离子体一步法成功合成了超窄带（1.1 eV~）TiO_2。通过对TiO 2表面Ti 3+的选择性掺杂，使其成为捕获中心，有效地抑制了光激发载流子的复合，实现了可见光催化性能的增强。此外，在一步反应过程中，TiOx的表面化学组成被精确地控制在1.19 < x < 1.92的宽区域内。详细的XPS分析表明，即使在氧化气氛和光催化反应中进行高温处理（~800 oC），形成的Ti 3+表面也显示出高度的热/化学稳定性。
2022-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
2D MXene-Based Photocatalysts for Efficient Water Splitting and Hydrogen Evolution: A brief review
本文综述 MXene 基光催化剂在水分解制氢中的合成、电子结构与作用机制，分析稳定性、电荷复合和带隙优化挑战，并展望大规模制氢方向。
2025-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Formic Acid Decomposition Using Synthesized Ag/TiO2 Nanocomposite in Ethanol-Water Media Under Illumination of Near UV Light
研究了0.05、0.1和0.5（wt.%）的乙醇-水介质对Ag/TiO 2纳米复合材料合成的影响。Ag含量。乙醇作为空穴捕获剂，在近紫外光照射下，增强了Ag+离子的光解。在受控气氛下将纳米复合材料进一步煅烧至33 ℃和400 ℃。测试了合成的纳米复合材料在4 W近紫外灯照射下降解有机污染物甲酸的光催化效率，并将结果与纳米改性的市售Degussa TiO 2（P25）的结果进行了比较。利用XRD和SEM显微照片对合成的纳米复合材料进行了表征。光催化研究揭示了所有合成的纳米复合材料的恒定的整体性能。在0.05wt.%的情况下，观察到分解的初始速率随着Ag含量的降低而增加。具有最佳初始速率。煅烧的纳米复合材料被发现具有活化性能的合成的纳米复合材料，其中纳米复合材料与0.05（重量%）在300°C下煅烧的Ag含量明显优于其他煅烧的纳米复合材料。
2018-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph q-bio.BM
High-entropy perovskites as new photocatalysts for cocatalyst-free water splitting
WPI, International Institute for Carbon Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学 WPI 碳中和能源研究国际研究所）；Department of Automotive Science, Graduate School of Integrated Frontier Sciences, Kyushu University（九州大学 融合前沿科学研究生院 汽车科学系）；Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Kyushu University（九州大学 工学部 材料科学与工程系）；Mitsui Chemicals, Inc. - Carbon Neutral Research Center (MCI-CNRC), Kyushu University（三井化学株式会社-碳中和研究中心）
本研究提出三种新型高熵钙钛矿作为无助催化剂光催化剂，通过构型熵等参数设计，实现无需辅助催化剂的产氢，证实其在光催化水分解中的潜力。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
