ZnS/HfS₂异质结

高效光催化分解水

直接Z型机制下，电子-空穴对在界面快速复合，氢析出和氧析出分别在ZnS层和HfS₂层独立进行，从而实现高效全解水。

Feng, Qingyi · Dong, Hu · 李波 · Xiang, Xia · 刘巍 · 邓洪祥 · Zhou, Weilie · 祖小

International Journal of Hydrogen Energy 2024

参数信息

带隙

1.26 eV

载流子迁移率（X方向）

4387.36 cm²V⁻¹S⁻¹

载流子迁移率（Y方向）

9561.39 cm²V⁻¹S⁻¹

太阳能制氢效率

30 %

技术优势

载流子跑得快

异质结的载流子迁移率分别达到9561.39（Y方向）和4387.36（X方向）cm²V⁻¹S⁻¹，有利于光生电子-空穴对快速分离，减少复合损失。

氢氧各司其职

直接Z型机制下，电子-空穴对在界面迅速复合，而析氢反应在ZnS层、析氧反应在HfS₂层分别进行，避免了逆反应。

效率高达30%

在光照下，异质结的太阳能制氢效率达到30%，远高于许多已报道的光催化剂。

应变还能提升

在双轴应变下，异质结保持type-II能带排列，且可见光吸收增强、带隙减小，催化性能可进一步提高。

应用场景

• 光催化全解水：直接用该异质结作为光催化剂，在光照下全解水产生氢气和氧气，无需牺牲剂。
• 太阳能制氢：高达30%的太阳能制氢效率，可高效将太阳能转化为氢能。
• 二维材料异质结：作为二维范德华异质结，可通过CVD或机械剥离制备。
• 高迁移率半导体：超高载流子迁移率（最高9561 cm²V⁻¹S⁻¹）有利于光生电荷快速传输。