[发明专利]一种环境气体分子插层调节范德华异质结光电转化性质的预测方法

说明书

本发明属于光催化和太阳能电池技术领域，具体涉及一种环境气体分子插层调节范德华异质结光电转化性质的预测方法。本发明提供的预测方法，采用理论模拟的方法构建环境气体分子插层范德华异质结模型、对分子插层异质结稳定构型结构优化和能量统计，筛选得到基态环境气体分子插层范德华异质结模型后；相较于未插层的范德华异质结超胞模型，对基态环境气体分子插层范德华异质结模型进行电子性质的评估、载流子动力学分析和非绝热耦合平均值分析，能够准确简便的预测不同环境气体分子对范德华异质结光电转化性质的影响。本发明提供的预测方法具有简单，可推广的优点，适用于整个TMDC异质结家族。

技术领域

本发明属于光催化和太阳能电池技术领域，具体涉及一种环境气体分子插层调节范德华异质结光电转化性质的预测方法。

背景技术

二维材料独特的性质吸引了人们大量的关注。而由不同的二维材料堆叠而成的异质结带来了新的性质。例如，堆叠二维材料可以精准的调控能带排列。面对日益增长的能源危机和环境污染问题，开发清洁高效的可持续的能源，例如太阳能是迫在眉睫的。二型能带排列的异质结能够促进光生电子和空穴对的空间分离，在光催化剂和太阳能电池领域具有很大的应用前景。

过渡金属二硫化物(TMDC)范德华异质结已被证实能够实现超快的电荷转移。目前合成二维垂直异质结的方法有机械组装堆叠，化学气相沉积和物理外延方法。然而，上述方法在锻造和转移二维材料形成垂直异质结的过程中，不可避免的会在层间引入环境气体分子。现有的研究表明，在二维范德华异质结中引入金属离子能够对异质结的光电性质有很大的影响。因此，环境气体分子插层对范德华异质结的电子性质的影响也是不可忽略的。

然而，针对环境中的活泼气体分子(例如O₂分子和H₂O分子)插层对范德华异质结光电性质的影响还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境气体分子插层调节范德华异质结光电转化性质的预测方法，本发明提供的预测方法采用理论模拟的方法能够准确简便的预测不同环境气体分子对范德华异质结光电转化性质的影响。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种环境气体分子插层对范德华异质结光电转化性质影响的预测方法，包括以下步骤：

(1)采用第一单层二维材料原胞和第二单层二维材料原胞沿着垂直二维材料表面的方向堆叠构建范德华异质结原胞；将所述范德华异质结原胞进行扩胞，得到范德华异质结超胞模型；

(2)在所述范德华异质结超胞模型中的多个不等效位点插层环境气体分子，得到不同插层位点的分子插层范德华异质结模型；对所述不同插层位点的插层范德华异质结模型进行结构优化，对优化后的不同插层位点的插层范德华异质结模型进行能量统计，将能量最低的插层范德华异质结模型作为基态环境气体分子插层范德华异质结模型；

(3)对所述基态环境气体分子插层范德华异质结模型进行差分电荷密度分析，获得不同环境气体分子插层对范德华异质结的层间耦合的影响；对范德华异质结超胞模型和基态环境气体分子插层范德华异质结模型进行投影态密度分析，获得不同环境气体分子插层对范德华异质结的带隙和能带排列的影响；

(4)采用NVE系综分别对范德华异质结超胞模型和基态环境气体分子插层范德华异质结模型进行分子动力学轨迹模拟，采用含时密度泛函方法对范德华异质结超胞模型和基态环境气体分子插层范德华异质结模型进行载流子动力学分析，获得不同环境气体分子插层对范德华异质结的载流子动力学的影响；

(5)对所述基态环境气体分子插层范德华异质结模型进行非绝热耦合平均值分析，获得不同环境气体分子插层对范德华异质结的非绝热耦合平均值的影响；

所述步骤(3)和步骤(4)之间没有时间顺序的限定。