掺杂和点缺陷调控MoS₂/ZnO异质结光解水性能的第一性原理研究

摘要

采用第一性原理计算方法研究了C,Pd元素掺杂及点缺陷MoS₂/ZnO异质结的电子结构、光学性质及光催化性能.计算结果表明，本征Mo S₂/Zn O异质结具有0.66 e V的直接带隙，带边位置呈现Ⅱ型能带排列.掺杂和缺陷可以有效减小Mo S₂/Zn O异质结的带隙，Pd@Zn为磁性半导体，V_Mo和V_Zn体系具有磁性半金属特性.掺杂和缺陷使Mo S₂/Zn O异质结禁带之中出现杂质能级，有利于电子跃迁，吸收范围扩展至红外波段，在可见光范围（500～760 nm）内的光吸收系数提高.本征、掺杂与缺陷Mo S₂/Zn O异质结体系界面处均存在由Zn O层指向Mo S₂层的内建电场，促使本征Mo S₂/Zn O异质结，C@S2,Pd@Zn,V_S1,V_S2和V_O体系形成直接Z型异质结，促进了光生电子-空穴对的有效分离.异质结的带边电位跨过p H=0和7时的氧化还原电位，表明这些异质结可以在强酸溶液与中性溶液条件下进行氧化还原反应，且载流子具有较强的氧化还原能力.研究结果为基于MoS₂/ZnO异质结的设计提供了理论参考.

关键词

MoS₂/ZnO异质结 / 掺杂缺陷 / 电子结构 / 光催化性能

基金资助

陕西省自然科学基金（批准号：2023-JC-YB-028）; 西安石油大学研究生创新和实践能力培养计划项目（批准号：YCS23113091）资助