一种提高单层GaSe光催化性能的方法技术

本发明专利技术专利涉及光催化技术领域，尤其指一种提高单层GaSe光催化性能的方法。包括S1、单层硒化镓的优化：首先利用根据块状硒化镓的晶体结构获得二维GaSe的晶体结构。然后再对单层的GaSe进行高精度结构优化，最后计算基本的性质；S2、构件多种异质结构：选择组成异质结的另一种材料重复上述的操作。使用MS软件将两种单层二维材料堆叠在一起形成异质结；S3、选择异质结：对不同的异质结进行高精度结构优化并计算它们的结合能，选择出结合能最小的异质结进行后续的研究；对选中的异质结进行更高精度的结构优化；S4、计算异质结相关参数；S5、施加双轴应变后再计算其光吸收。该方法能够提高了电子空穴的氧化还原能力，提高光催化的效率。提高光催化的效率。提高光催化的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高单层GaSe光催化性能的方法


[0001]本专利技术专利涉及光催化
，尤其指一种提高单层GaSe光催化性能的方法。

技术介绍

[0002]半导体的光催化剂分解水分为两个过程。
[0003](1)在阳光的照射下，电子从半导体价带顶(VBM)迁移至导带底(CBM)，在VBM留下空穴。
[0004](2)被激发的电子和空穴与水反应生成氢气和氧气。但是只有半导体的CBM大于H+/H2的还原电势(
‑
4.44eV，PH＝0时)，VBM的势能小于O2/H2O的氧化电势)(
‑
5.67eV，PH＝0时)时才能作为光催化。而要作为高效的光催化剂还需要高的可见光吸收、有效的分离电子空穴对。
[0005]已有的研究表明单层的GaSe有合适的带边位置作为光催化剂，但是GaSe在可见光范围的光吸收比较低，并且作为单层的二维材料不能有效地进行电子空穴对的分离。

技术实现思路

[0006](一)要解决的问题
[0007]主要用于解决GaSe作为光催化剂，在可见光范围的光吸收比较低，且单层的二维材料不能有效地进行电子空穴对的分离等问题，提供一种提高单层GaSe光催化性能的方法。
[0008](二)技术方案
[0009]本专利技术一种提高单层GaSe光催化性能的方法，包括以下步骤：
[0010]S1、单层硒化镓的优化：首先利用根据块状硒化镓的晶体结构获得二维GaSe的晶体结构。然后再对单层的GaSe进行高精度结构优化，最后计算基本的性质；
[0011]S2、构件多种异质结构：选择组成异质结的另一种材料重复上述的操作。使用MS软件将两种单层二维材料堆叠在一起形成异质结；
[0012]S3、选择异质结：对不同的异质结进行高精度结构优化并计算它们的结合能，选择出结合能最小的异质结进行后续的研究；对选中的异质结进行更高精度的结构优化；
[0013]S4、计算异质结相关参数；
[0014]S5、施加双轴应变后再计算其光吸收。
[0015]作为优选的技术方案，S1中主要使用基于第一性原理的vasp软件包对单层的GaSe进行高精度结构优化；最后计算的基本性质包括晶体结构、能带、光吸收。
[0016]作为优选的技术方案，S2中可改变堆叠方式构建，从而构件多种不同的异质结构。
[0017]作为优选的技术方案，S3中，进行更高精度结构优化后的异质结可针对计算其声子谱进一步证明异质结的稳定性。
[0018]作为优选的技术方案，S4中，计算最稳定的异质结构的能带的相关参数主要为：差分电荷密度、光吸收。
[0019](三)有益效果
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021](1)通过构建异质结，有效地分离了电子空穴，进一步提高了光催化的效率。(2)选择异质结符合Z型水解机制，提高了电子空穴的氧化还原能力，可以进行全水解。
[0022](3)通过构建异质结，并施加双轴应力，大大地提高了GaSe的光捕获能力，提高了光催化的效率。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术的流程示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例中单层GaSe和ZrS2的晶体结构示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例中通过HSE06方法计算得到的单层GaSe和ZrS2的能带图；
[0027]图4是本专利技术实施例中不同堆叠方式的GaSe/ZrS2异质结的结构示意图；
[0028]图5是本专利技术实施例中GaSe/ZrS2异质结的声子谱图；
[0029]图6是本专利技术实施例中通过HSE06方法计算得到的GaSe/ZrS2异质结能带图；
[0030]图7是本专利技术实施例中GaSe/ZrS2异质结的差分电荷密度图；
[0031]图8是本专利技术实施例中单层GaSe、GaSe/ZrS2异质结和施加双轴应变的GaSe/ZrS2异质结的光吸收图。
具体实施方式
[0032]结合附图对本专利技术一种提高单层GaSe光催化性能的方法，做进一步说明。
[0033]如附图所示是一种提高单层GaSe光催化性能的方法，包括以下步骤：
[0034]S1、单层硒化镓的优化：首先利用根据块状硒化镓的晶体结构获得二维GaSe的晶体结构。然后再对单层的GaSe进行高精度结构优化，最后计算基本的性质；
[0035]S2、构件多种异质结构：选择组成异质结的另一种材料重复上述的操作。使用MS软件将两种单层二维材料堆叠在一起形成异质结；
[0036]S3、选择异质结：对不同的异质结进行高精度结构优化并计算它们的结合能，选择出结合能最小的异质结进行后续的研究；对选中的异质结进行更高精度的结构优化；
[0037]S4、计算异质结相关参数；
[0038]S5、施加双轴应变后再计算其光吸收，因为施加应变会增加异质结对光的捕获能力。
[0039]进一步地，S1中主要使用基于第一性原理的vasp软件包对单层的GaSe进行高精度结构优化；最后计算的基本性质包括晶体结构、能带、光吸收。第一性原理计算是一种可以精确模拟材料性质的方法，计算所得的材料的催化性能规律和实验极为接近。通过第一性原理可以很好的预测材料的性质，减少实验的成本浪费，有利于减少异质结的优化时间。
[0040]进一步地，S2中可改变堆叠方式构建，从而构件多种不同的异质结构。
[0041]进一步地，S3中，进行更高精度结构优化后的异质结可针对计算其声子谱进一步证明异质结的稳定性。结合能越小结构越稳定。
[0042]进一步地，S4中，计算最稳定的异质结构的能带的相关参数主要为：差分电荷密度、光吸收。如果能带的排布方式是Ⅱ型则是适合作为光催化剂的材料，通过差分电荷密度可以研究异质结界面处的电荷转移情况和界面处的内建电场。界面处的电场有利于电子空穴的分离，提高催化效率，而高效的光催化剂在可见光范围内有较高的光吸收。
[0043]请参考附图2～8，本专利技术以GaSe和ZrS2做为具体实施例对本方法加以证明：
[0044]首先使用MS软件获得二维GaSe和ZrS2的晶体结构(参考附图2)，真空层设置为使用vasp对单层的GaSe和ZrS2进行结构优化。vasp的设置参数如下：交换关联势采用广义梯度近似(GGA)下的(PBE)泛函。K点设置为9*9*1。截断能设置为500eV。能量收敛标准设置为1
×
10
‑6，力的收敛标准设置为1
×
10
‑5。结构优化完成后使用HSE06杂化泛函计算单层GaSe和ZrS2的能带(参考附图3)。
[0045]将经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强单层GaSe光催化性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、单层硒化镓的优化：首先利用根据块状硒化镓的晶体结构获得二维GaSe的晶体结构，然后再对单层的GaSe进行高精度结构优化，最后计算基本的性质；S2、构件多种异质结构：选择组成异质结的另一种材料重复上述的操作，使用MS软件将两种单层二维材料堆叠在一起形成异质结；S3、选择异质结：对不同的异质结进行高精度结构优化并计算它们的结合能，选择出结合能最小的异质结进行后续的研究；对选中的异质结进行更高精度的结构优化；S4、计算异质结相关参数；S5、施加双轴应变后再计算其光吸收。2.根据权利要求1所述的一种增强单层GaSe光催化性能的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛传鹏，邓洪祥，祖小涛，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：