用于水分解的红外与可见光活性 MXene 光催化剂的性能参数

通过光催化进行水分解反应是产生绿色能源的高效且可持续的技术。光催化剂实现同时产生氢气和氧气的能力，以及利用电荷载流子的效率、太阳能到氢气的转换、快速迁移和低载流子复合率，是决定其在水分解中适用性的参数。在文献中，对潜在光催化剂的所有这些性能参数进行全面计算和分析的情况十分罕见。在这项工作中，我们基于第一性原理的计算，从 Janus MXene 家族中寻找新的高效光催化剂，并评估了它们的性能参数。我们引入应变工程来寻找新材料。在所研究的 14 种材料中，我们发现有 5 种材料：在零或有限拉应变下的 Sc$_{2}$COS、Zr$_{2}$COS、Hf$_{2}$COS 和 ZrHfCO$_{2}$，以及在 6% 拉应变下的 Hf$_{2}$COSe，满足同时发生水分解反应的要求。对各种与效率相关的参数的计算表明，Zr$_{2}$COS、Hf$_{2}$COS 和 Hf$_{2}$COSe 具有优异的效率，显著优于已知的光催化剂。这种性能的根源在于其电子和光学性质，我们对此进行了系统的分析。