近日，聊城大学物理科学与信息工程学院王晓春教授课题组在二维材料利用光能分解水的物理机制方面取得新进展。研究成果以“Inside vertical reconstruction effect enhances internal polarization field in MXenes for regulating photocatalytic water splitting”（“内部垂直重建效应增强MXenes中的内极化场，有利于调节光催化水分解”）为题，发表于《Applied Physics Letters》SCI期刊（中科院二区，影响因子3.97，Nature Index自然指数期刊）。该论文的第一作者为硕士研究生李运琴，通讯作者为我院王晓春教授，聊城大学为第一署名单位。

作者从理论上报道了四种候选光催化剂，即Sc₂COS、Sc₂CSO、Sc₂COSe和Sc₂CSeO。镜面不对称原子结构使Sc₂COS在这些单层中具有7.53×10⁹V/m的最大本征内建电场（EF），有利于光生电子-空穴对的分离。最大本征内建电场（EF）较小的Sc₂CSO和Sc₂CSeO是进行析氢反应的水分解半反应光催化剂。非常有趣的是，与顶部S或Se原子排列的C原子向下移动约0.40Å，并与底部O原子垂直排列，称之为内部垂直重构。因此，Sc₂CSO（Sc₂CSeO）重构转化为最大本征内建电场（EF）较大的Sc₂COS（Sc₂COSe），适用于光催化整体水分解。它们具有很大的光学吸收系数（高达10⁵厘米^-1）。该工作揭示了由内部垂直重构效应引起的最大本征内建电场（EF）增强促进水分子全分解的物理机制，这为理论上设计高效光催化剂提供了可行的策略。

  该工作获得了国家自然科学基金面上项目的支持。

论文全文链接：https://doi.org/10.1063/5.0149570

(审稿：刘才龙)