近日，我院研究生叶盈芷以第一作者身份在国际材料、能源类Top期刊《Journal of Materials Chemistry A》上正式发表了题目为“First-principles study on the photocatalytic field of two-dimensional Janus BiSY (Y = I, Br, Cl) monolayers”的研究论文。该论文从投稿到接收仅用了18天，成为“Hot Paper”,同时被选为该期刊建刊10周年纪念版的封面。论文的通讯作者为“生物质基先进催化及功能材料团队”的负责人袁占辉教授，团队成员王冲博士和闽江学院的张炳文博士为共同通讯作者，第一通讯单位为亚洲城登录大厅。
二维光催化材料是近年来在生态催化和能源催化领域崭露头角的重要材料。在这些材料中，二维Janus结构包括PdXY (X = S, Se;Y = Se, Te)， MXY (M = Mo, W;X, Y = S, Se, Te)和MSiGeN4 (M = Mo, W)被强调为水分解光催化剂的潜在候选者。
图1 (a)BiSI (b)BiSBr (c)BiSCl 的HSE06能带
论文采用第一性原理计算研究了BiSY (Y = I, Br, Cl)的几何结构、稳定性、电子结构和光学性质，探索了BiSY (Y = I, Br, Cl)作为一种有前途的整体水分解材料。通过分析声子带结构、分子动力学模拟和弹性系数的结果，我们可以建立BiSY (Y = I, Br, Cl)的系统稳定性。HSE06能带计算和能带边缘位置计算表明BiSY (Y = I, Br, Cl)具有合适的带隙。吸收光谱和阶跃反应图验证了BiSY (Y = I, Br, Cl)光催化裂解水的可行性。此外，我们证实了双轴应变可以改变BiSY (Y = I, Br, Cl)的带边位置。综合分析表明，BiSY (Y = I, Br, Cl)是高效水分解光催化剂的潜在候选材料。这项研究有助于二维Janus光催化剂的收集。
图2 (a) BiSI (b) BiSBr和(c) BiSCl的HER自由能阶跃。
(d) BiSI (e) BiSBr和(f) BiSCl的OER自由能阶跃。
该论文是在袁占辉教授团队前期在能源领域研究工作的基础上，首次采用理论计算和模拟预测材料的光催化分解水产氢的性能，对未来开发高效的光催化剂提供了理论上的支撑。2023年度袁占辉团队在新材料能源领域开展了一系列的研究，在国际顶级期刊《Applied Catalysis B: Environment》1篇、《Nano Energy》2篇、《Chemical Engineering Journal》3篇、《Journal of Materials Chemistry A》1篇、《Desalinations》1篇、《Solar Energy》2篇等共计正式发表了11篇论文成果。另外，论文已被《Chemical Engineering Journal》1篇和《Journal of Materials Chemistry A》2篇接收并将在2024年正式出版。
原文链接：https://doi.org/10.1039/d3ta06337b