我校侯清玉教授团队在S掺杂、锌空位与氢间隙对ZnO单层（001）的光电催化性能的第一性原理研究中取得进展

近日，我校理学院侯清玉教授团队在S掺杂、锌空位与氢间隙对ZnO单层（001）的光电催化性能的第一性原理研究中取得进展。

实验上，大气压等离子体或金属有机化学气相沉积（MOCVD）环境条件下，ZnO中H间隙是无意来源。然而，H间隙的影响研究不足，且锌空位在实验上具有挑战性。本文采用第一性原理GGA+U的方法研究对比不同价态Zn₃₅O₃₆ (V_Zn^0/1-/2-)、Zn₃₅H_iO₃₆(V_Zn^0/1-/2-)、Zn₃₅SO₃₅ (V_Zn^0/1-/2-)和Zn₃₅SH_iO₃₅ (V_Zn^0/1-/2-)单层（001）的光电催化性能影响。形成能计算结果显示，Zn₃₅SH_iO₃₅ (V_Zn^1-)单层（001）体系在所有体系中是最易形成，且有磁性。光催化性能计算结果显示，Zn₃₅SH_iO₃₅(V_Zn^1-）单层（001）体系在能量上易于形成，且该体系具有适宜的带隙与带边位置，对可见光区表现出良好的光吸收能力，同时其载流子迁移率高、复合率低、寿命较长，具备较强的还原能力。电催化性能计算结果显示，Zn₃₅SH_iO₃₅ (V_Zn ^1-)单层（001）体系电催化析氢强，是制造光电催化剂均有利的功能材料候选者之一。Zn₃₅SO₃₅(V_Zn⁰)体系是有利于电催化制氧反应的功能材料之一。

图1 体系模型（a）Zn₃₆O₃₆正面；(b)Zn₃₆O₃₆侧面；

(c)Zn₃₅O₃₆(V_Zn^0/1-/2-)^a-c;(d)Zn₃₅H_iO₃₆(V_Zn^0/1-/2-)^d-f;(e)Zn₃₅S^Ⅰ-ⅢO₃₅(V_Zn^0/1-/2-0);

(f)Zn₃₅H_iS^ⅡO₃₅(V_Zn^0/1-/2-0)

图2 ZnO (001）单层掺杂体系的自由能变化过程图

该研究成果得到国家自然科学基金项目（No.61964013）；内蒙古自治区高校创新团队项目（NMGIRT2319）；内蒙古自治区科技项目（2025KYPT0027，2025KYPT0028）资助。研究文章“A first-principles study on the photoelectrocatalytic performance of ZnO monolayers (001) by S doping, zinc vacancies and H interstitials”（DOI: DOI10.1016/j.fuel.2026.140725）于2026年在国际期刊《Fuel》（IF：7.5）在线发表。我校侯清玉教授为唯一通讯作者，李海兰硕士为第一作者，内蒙古工业大学为第一和唯一通讯单位。

图3 论文页面

文字、图片：理学院