【摘 要】
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近年来,随着二维材料研究的不断深入,人们发现二维材料具有许多新颖而独特的性质,具有广泛的应用前景。但它们并非完美,如:单层MoS2中的光生电子-空穴对极易发生复合;新型二维类石墨烯结构的ZnO只能吸收紫外区域的光,使得材料对太阳能的利用效率低。不同结构的二维材料复合形成的范德瓦尔斯异质结,不仅可以保留各层二维材料各自的优异性能,还可以彼此互补,从而得到一些独特的结构和性能。本论文采用第一性原理方法
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近年来,随着二维材料研究的不断深入,人们发现二维材料具有许多新颖而独特的性质,具有广泛的应用前景。但它们并非完美,如:单层MoS2中的光生电子-空穴对极易发生复合;新型二维类石墨烯结构的ZnO只能吸收紫外区域的光,使得材料对太阳能的利用效率低。不同结构的二维材料复合形成的范德瓦尔斯异质结,不仅可以保留各层二维材料各自的优异性能,还可以彼此互补,从而得到一些独特的结构和性能。本论文采用第一性原理方法系统研究了单层MX2（M=Mo,W、X=S）过渡金属硫化物（TMDs）、单层ZnO以及它们复合成的范德瓦尔斯异质结的电子性质和光学性质。首先,构建的单层MoS2、单层WS2、以及单层ZnO模型,并分别计算它们的电子特性。结果表明:单层MoS2、单层ZnO和单层WS2的禁带宽度分别为:2.25 eV、3.28 eV和2.30 eV,且它们均具有直接带隙半导体的性质。其次,分别对二维MoS2/ZnO范德瓦尔斯异质结和二维WS2/ZnO范德瓦尔斯异质结模型进行第一性原理计算,结果表明:（1）二维MoS2/ZnO范德瓦尔斯异质结的结合能为负值,表明该异质结可以稳定存在。二维MoS2/ZnO范德瓦尔斯异质结是一种典型的type-Ⅱ异质结。它是间接带隙半导体材料,带隙值为1.45 eV。异质结的导带最小值（CBM）略高于水分解的还原电位,价带最大值（VBM）略低于氧化电位,因此,该异质结满足水分解材料所需的条件。（2）二维WS2/ZnO范德瓦尔斯异质结的结合能也是负值,亦表明该异质结结构稳定;不管哪种堆垛模型的二维WS2/ZnO范德瓦尔斯异质结,CBM均低于水分解的还原电位,VBM均略低于氧化电位;这说明二维WS2/ZnO范德瓦尔斯异质结在水分解过程中可以作为很好的氧化剂,但是无法满足水还原所需要的条件。当施加双轴应力后可以调控WS2/ZnO异质结的带边位置,解决了在水分解中无法作为良好的还原剂的限制。（3）二维MoS2/ZnO和WS2/ZnO范德瓦尔斯异质结中的光生电子-空穴对受界面处产生的内建电场的作用而极易分离。异质结的光吸收范围从近紫外区域延伸到可见光区域。由于具备较低的光生载流子复合率和太阳能吸收的高效性,使异质结成为光伏和光催化、太阳能电池等应用的候选材料。
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