随着能源需求的日益增长和环境污染的日趋严重，可再生能源或清洁能源的开发受到了研究者的广泛关注，利用取之不竭的太阳能进行光催化分解水从而获得氢能成为解决这些全球能源问题方案之一。研究发现，光催化剂的性能是光催化反应过程的关键评价指标。一般来说，理想的光催化剂材料应具有合适的带隙（例如~2 eV）、合适的带边位置、较高的载流子迁移率。在过去的数年里，许多光催化剂被研究开发，如化学式为ABX3（A = 有机阳离子，B = 金属阳离子和X = 卤族阴离子）的钙钛矿、金属氧化物、金属硫化物等。尽管目前在探寻新型光催化剂材料方面取得了重大进展，但现有的光催化材料或多或少存在一定的缺陷，限制了其广泛应用。在很多情况下，光催化效率不理想是由于太阳光的低利用率和光激发载流子的高重组率。此外，一些金属氧化物半导体由于其固有的电子能带结构，只能在很小的太阳光谱范围内工作。因此，提高光催化剂的性能仍存在亟待解决的技术难题。“双面神”压电半导体单分子层由于其基本的压电和半导体双重特性，在这一研究领域提供了更多的机会。近年来，Janus MM’XY（M/M’ = Ga, In和X/Y = S, Se, Te）单分子膜因其优异的光催化和压电性能被报道，它们的性能被发现甚至比早先开发的Janus TMD单层更好。

近日，合肥工业大学李孝宝研究员课题组探索了Janus InGaSSe二维结构的力电性能和光电特性，通过详细的第一性原理计算分析发现，Janus InGaSSe二维结构由于其非凡的力电性能和光电特性，成为光催化水分解的优良候选材料之一。研究发现，其层内静电势差随所施加的应变增加而减小。更有趣的是，单轴压缩可以显著提高空穴载流子的迁移率，而双轴应变对空穴载流子的迁移率影响不大。另一方面，当单轴或双轴压缩大于4%时，电子载流子的迁移率降低，而拉伸应变对电子载流子迁移率几乎没有影响。该研究结果为提升“双面神”二维材料的电子和光电子特性调控提供了有价值的理论指导。

该文章以题为“Electromechanical and photoelectric properties of a novel semiconducting Janus InGaSSe monolayer”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. Janus InGaSSe二维结构氢吸附的吉布斯自由能（?GH）随不同吸附位点的变化（左图）；S面和Se面可能的氢吸附位点（右图）。

图2.（a）Janus InGaSSe二维结构的电子载流子和（b）空穴载流子在单轴和双轴应变下的迁移率。

文章信息：

Electromechanical and photoelectric properties of a novel semiconducting Janus InGaSSe monolayer

Li Zhong, Xiaobao Li, Wei Wang, Xinle Xiao

J. Semicond. 2023, 44(1): 012701 doi: 10.1088/1674-4926/44/1/012701

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/44/1/012701

来源：半导体学报