湯文成，任凱，張暢，駱義，于金

(東南大學 a. 機械工程學院； b. 材料科學與工程學院，江蘇 南京 211189)

0 引言

由于全世界化石燃料的使用引起全球氣候變化，使近幾十年來能源和環(huán)境問題變得越來越嚴重[1-2]。為了解決這些問題，開發(fā)清潔能源材料變得至關(guān)重要[3]。氫氣(H2)是一種非常具有前景的新能源，其燃燒時的唯一產(chǎn)物就是水，故被認為是一種綠色、可持續(xù)的能源[4-5]。因此，很多研究者已經(jīng)開發(fā)了一些制氫方式，如：聚合物膜(PEM)水電解[6]、乙醇蒸汽重整[7]、熱化學分解[8]、光電解[9-10]和光催化[4,11-12]等。其中，因為太陽能具有高能量但低利用率[13-14]，使H2的光催化分解水方法極具研究價值。利用催化劑來吸收太陽能促發(fā)水的氧化還原反應，使得水分解出氫氣的過程揭示了光催化劑的重要作用。

在最近研究中，單原子層材料石墨烯是材料科學和凝聚態(tài)物理中的后起之秀[15]。這種2D材料由于高的比表面積，具有非常新穎的物理和化學特性[16]。石墨烯在電子、光電、光伏和傳感中的應用特別廣泛[17]。但是，石墨烯是帶隙為零的半金屬材料，因此不適合諸如場效應晶體管的應用[18]。與此同時，過渡金屬二鹵化碳(TMDs)[19]、磷稀[20]、砷稀[21]等諸多2D半導體材料也引起了人們研究興趣，這些2D材料都具有優(yōu)異的電子[22-24]、熱學[25-28]、磁學[29-32]、熱電[33-35]以及光學[36-41]性質(zhì)。同時，這些性質(zhì)都能被外應力[42-44]、摻雜[45-47]、吸附[48-51]、缺陷[52-55]以及結(jié)構(gòu)[56-59]調(diào)節(jié)等方式調(diào)控, 這也使其在光催化[60-61]、光電極[62]、光探測器[63]、PN結(jié)[64]的應用具有非常大的前景。到目前為止，研究者們已經(jīng)開發(fā)了很多方法來控制層狀材料的幾何形狀和尺寸。例如固溶相的生長提供了一種簡單的生產(chǎn)方法，可用合成具有精確厚度和基本尺寸的2D材料。該方法可用于生成TiS2納米片，如圖1所示[65]。圖1(a)和圖1(b)為低分辨率TiS2層的TEM圖像，圖1(a)中的插圖為多層TiS2納米片的圖像；圖1(b)中的插圖是單層TiS2區(qū)域的電子衍射圖；圖1(c)和圖1(d)是高分辨率TEM圖像，展示了單個TiS2層的邊緣和底面[66]。

圖1 TiS2的表征圖

為了擴展單層半導體材料的應用，研究者開始創(chuàng)建半導體異質(zhì)結(jié)，這不僅保留了原始單層材料的特性，而且還提供了其他迷人的性能[67]。此外，許多2D晶體材料已經(jīng)通過實驗合成了，而且可以通過vdW代替共價相互作用來構(gòu)建各種異質(zhì)結(jié)。例如，MoS2/石墨烯/ WSe2vdW異質(zhì)結(jié)可用于光檢測，如圖2(a)所示。MoS2/石墨烯/ WSe2vdW異質(zhì)結(jié)的光學圖像見圖 2(b)上圖，示意性側(cè)視圖見圖 2(b)下圖。圖2(c)顯示了用于光檢測異質(zhì)結(jié)的光學顯微鏡圖像，其中黃色、灰色和綠色線分別顯示了MoS2、石墨烯和WSe2(本刊為黑白印刷，有關(guān)疑問咨詢作者)。這個異質(zhì)結(jié)還具有出色的器件性能。例如，在近紅外光區(qū)域的比探測率約為1011Jones，如圖2(d)所示。圖2(e)和圖2(f)分別是MoS2/石墨烯/WSe2vdW異質(zhì)結(jié)在Vds= 0和Vds= 1V時的光電流映射光電流映射[68]。

大量研究表明，2D材料作為光催化劑將水分解為H2和O2，相比于塊體材料具有明顯的優(yōu)勢。與塊體光催化劑相比，2D材料的極大比表面積為光生電荷到表面進行氧化還原反應提供了非常短的遷移路徑。本文簡要介紹了不同類型異質(zhì)結(jié)的形成，概括了半導體作為光催化劑分解水的基本原理，解釋了2D半導體異質(zhì)結(jié)作為光驅(qū)動催化劑分解水的優(yōu)勢。在介紹一些代表性2D vdW異質(zhì)結(jié)的最新研究時，重點集中于材料的結(jié)構(gòu)、電子、界面和光學性質(zhì)，以進行光催化整體水分解性能的探討。最后，對2D材料作為光催化劑分解水制氫的研究進行系統(tǒng)地總結(jié)和展望。

圖2 MoS2/石墨烯/WSe2異質(zhì)結(jié)的應用、表征與性能

1 不同類型異質(zhì)結(jié)的合成

考慮到兩種材料的能帶邊緣位置，將半導體異質(zhì)結(jié)分為3種類型，即I型、II型和III型。當異質(zhì)結(jié)由半導體A和半導體B堆疊時，如圖3(a)所示。如果兩個半導體的導帶最小值(CBM)和價帶最大值(VBM)都遵循以下關(guān)系：CBMB> CBMA> VBMA> VBMB，那么就形成I型異質(zhì)結(jié)；因為異質(zhì)結(jié)的VBM和CBM都由半導體A貢獻，所以光生電子和空穴很容易復合，這意味著它不適合用作光催化劑。如圖3(b)所示，II型異質(zhì)結(jié)是交錯帶結(jié)構(gòu)，遵循CBMA> CBMB> VBMA> VBMB，這樣的II型異質(zhì)結(jié)可以將光生電子和空穴分離到不同的層，因此有望用于光催化劑[69-70]。III型異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)具有CBMB> VBMB> CBMA> VBMA的特性，如圖3(c)所示。這種III型異質(zhì)結(jié)構(gòu)可用于隧穿場效應晶體管[71]。

根據(jù)材料的尺寸，vdW異質(zhì)結(jié)可以分別分為0D-2D、1D-2D、2D-2D和2D-3D異質(zhì)結(jié)。 對于0D-2D vdW異質(zhì)結(jié)，0D材料通常是量子點，如圖3(d)所示。典型的0D-2D vdW異質(zhì)結(jié)可以通過水熱法與微乳液制備，如g-C3N4/MoS2顯示出優(yōu)異的光催化氧化還原性能[72]。納米棒和納米線結(jié)構(gòu)可用于實現(xiàn)1D-2D vdW異質(zhì)結(jié)(圖3(e))，TiO2/CdS異質(zhì)結(jié)顯示出優(yōu)異的光生載流子分離效率和電子轉(zhuǎn)移能力[73]?；瘜W氣相沉積(CVD)方法用于生長Bi2S3/MoS2異質(zhì)結(jié)，該異質(zhì)結(jié)在光電子器件(如場效應晶體管和光電探測器)中具有廣闊的應用前景[74]。XIAO R等人基于過渡金屬碳化物(MXene)合成了CdS/Ti3C2異質(zhì)結(jié)，這種肖特基異質(zhì)結(jié)可作為光催化劑分解水生成H2，在氫釋放反應中顯示出優(yōu)異的性能，約為2 407 μmol·g-1·h-1[75]。其他一些研究的異質(zhì)結(jié)氫氣生產(chǎn)能力如表1所示。

表1 部分異質(zhì)結(jié)作為光催化劑時的制氫效率

大量研究還探索了2D-2D異質(zhì)結(jié)的合成方法和出色的性能(圖3(f))。例如，P-La2Ti2O7/Bi2WO6[84]、Cu2S/Zn0.67Cd0.33S[85]、TiO2/g-C3N4[86]、FeSe2/g-C3N4[87]等。如圖3(g)所示，2D-3D vdW異質(zhì)結(jié)由于其具有2D材料的新穎特性和3D材料的穩(wěn)定性，也引起了廣泛的關(guān)注。一些理論和實驗研究表明2D-3D vdW異質(zhì)結(jié)可用于光催化，光電和納米電子器件，例如MoS2/Si[88]、MoS2/MoO2[89]、MoS2/GaN[90]和WS2/Si[91]。2D vdW異質(zhì)結(jié)比單獨的單層材料提供了更有希望的應用，并具有改進的氧化還原性能，可以分解水以生產(chǎn)H2[92]。

圖3 不同異質(zhì)結(jié)的分類

2 光催化分解水的基本原理

光催化分解水的基本原理簡要說明如下。在圖4(a)中，被光照射的單層半導體吸收了大量的光子能量，光子產(chǎn)生的電子將轉(zhuǎn)移到半導體光催化劑的導帶(CB)，并且光子產(chǎn)生的空穴保留在價帶(VB)中。半導體能帶邊緣的合適能級對于決定光子產(chǎn)生的電子-空穴對的還原和氧化性能非常重要。作為一個合理的半導體光催化劑，CBM的勢能應該比水分解的還原電位H+/H2(-4.44 eV)更高，而VBM應該比水分解的氧化電位更負，即O2/H2O(-5.67 eV)。因此，對發(fā)生整體水分解的氫氣分解反應(HER)和氧氣分解反應(OER)的表達式如下所示：

氧化反應: H2O+2h+→ 2H++ 1/2O2

(1)

還原反應: 2H++2e-→ H2

(2)

總反應: H2O →H2+1/2O2

(3)

此外，上述水分解中的還原和氧化電勢是在pH=0的條件下的。對于非零的pH值，它們變?yōu)閇93]:

Ered=-4.44 eV + pH×0.059 eV

(4)

Eoxd=-5.67 eV + pH× 0.059 eV

(5)

圖4 單層和2D異質(zhì)結(jié)為光催化劑分解水的示意圖

3 2D異質(zhì)結(jié)光催化分解水

3.1 異質(zhì)結(jié)作為光催化劑的優(yōu)勢

當半導體單層用作分解水的光催化劑時，CB處光子產(chǎn)生的電子和VB處光子產(chǎn)生的空穴迅速結(jié)合并通過熱或光消耗能量[94]。這導致激發(fā)態(tài)電子的壽命非常短，僅為3～10 ps，而載流子擴散時長僅為2～4 nm[95]。此外，由于催化劑中可以俘獲電子或空穴的晶體缺陷，因此更容易發(fā)生光子產(chǎn)生的電子與空穴的復合。因此，至關(guān)重要的是，探索一種分離光子產(chǎn)生的電子和空穴以延長光催化劑壽命的策略。

最常用一種策略是堆疊兩個不同的層(S1和S2)材料，以構(gòu)造具有II型的2D vdW異質(zhì)結(jié)，如圖4(b)所示。vdW異質(zhì)結(jié)吸收光能后，電子和空穴在CB和VB處被激發(fā)。在S1的CB處光生電子將在導帶偏移(CBO)的幫助下轉(zhuǎn)移至S2的CB，并且光生空穴將從S2的VB移至S1的VB，這意味著光生電子與空穴的復合得到了有效抑制。因此，延長光生電荷載流子的壽命，并可以分別提高HER和OER的效率。作為促進光生電子-空穴對在兩層之間遷移的一種激發(fā)力，研究者通過基于密度泛函理論(DFT)的Heyde-scuseriae-ernzerhof(HSE06)計算研究得到了一些II型vdW異質(zhì)結(jié)的CBO和VBO如表2所示。

表2 vdW異質(zhì)結(jié)光催化劑中的能帶偏移

近年來，基于2D vdW異質(zhì)結(jié)的高效光催化劑分解水性能已得到廣泛的研究。具有II型能帶結(jié)構(gòu)的vdW異質(zhì)結(jié)不僅可以分隔光子產(chǎn)生的電子和空穴，還具有不錯的吉布自由能[98]、激子結(jié)合能[99]、載流子遷移率[69, 100]和光吸收性能[101-102]等。詳細地講，引起還原反應的g-GaN/Mg(OH)2vdW異質(zhì)結(jié)的吉布自由能差低至-0.475 eV，顯示出優(yōu)異的HER中的催化性能[98]。與原始C2N和WS2單層相比，C2N/WS2vdW異質(zhì)結(jié)可以顯著降低激子結(jié)合能，如圖5所示，這更有利于光子產(chǎn)生的電子-空穴對的分離[99]。此外, vdW異質(zhì)結(jié)可以通過界面耦合[103]、外應力[60, 104]和外電場[105-106]調(diào)節(jié)其各方面性質(zhì)。例如，圖6顯示了在不同外部雙軸應變下ZnO/GaN vdW異質(zhì)結(jié)能帶邊緣位置的能級[70]。下面主要介紹基于典型2D材料(包括TMDs和磷)異質(zhì)結(jié)的研究，并展示它們?nèi)绾纬洚敺纸馑膬?yōu)異光催化劑。

圖5 C2N、WS2和C2N/WS2 vdW 異質(zhì)結(jié)的激子結(jié)合能

圖6 ZnO/GaN vdW異質(zhì)結(jié)在pH=0和pH=7時 用于光催化水分解的可調(diào)電子性能

3.2 基于TMDs的異質(zhì)結(jié)光催化劑

TMDs材料通常定義為MX2(M = W，Mo；X = S，Se)，由于其迷人的電子和熱電性能而備受關(guān)注[107-108]。同時，TMDs的可制造性也使其成為新興納米材料的焦點[109-112]。用CVD法合成的MoS2和h-BN的垂直vdW異質(zhì)結(jié)，可以顯著提高光吸收性能[113]。MoS2/CdS異質(zhì)結(jié)是通過一鍋溶劑熱過程產(chǎn)生的，并且在可見光照射下產(chǎn)生了驚人的H2生成能力 (大約137 μmolh-1)[114]。用金納米顆粒修飾的MoS2和WS2的異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出強大的HER能力，因為金納米顆粒的沉積非常均勻且致密[115]。MoS2/WSe2vdW異質(zhì)結(jié)也被證明了具有II型能帶排列結(jié)構(gòu)[116]。

基于TMDs的vdW異質(zhì)結(jié)具有交錯帶結(jié)構(gòu)，例如MoS2/ZnO和WS2/ZnO[23]、g-GaN/MoS2和g-GaN/WS2[22]、MoS2/Mg(OH)2和WS2/Mg(OH)2[96]、MoS2/BSe和WS2/BSe[117]、MoSe2/BP和WSe2/BP[37]等。 這些基于TMDs的vdW異質(zhì)結(jié)都具有防止光子產(chǎn)生的電子與空穴復合的能力。一些學者通過HSE06計算方法研究了基于TMDs的vdW異質(zhì)結(jié)的能帶排列[118]，得到了基于TMDs的vdW異質(zhì)結(jié)的能帶邊緣位置，與分別在pH=0(紅色線標記)和pH=7(紫色線標記)時分解水的氧化能級(O2/H2O，用實線表示)和還原能級(H+/H2，用虛線表示)進行了比較(紅線標記)[22, 96, 97, 117](圖7)。基于第一性原理[119]，說明這些基于TMDs的異質(zhì)結(jié)的CBM和VBM的能量位置在適當?shù)膒H值下對于促進水分解的氧化和還原是可行的。

圖7 異質(zhì)結(jié)的能帶邊緣位置圖

ZHANG J等通過控制單層MoSe2的硫化來合成TMDs材料，該單層MoSe2被S原子取代了頂層的Se原子。(圖8(a)為Janus MoSSe單層的頂視圖和側(cè)視圖，黃色、綠色和橙色球體分別表示Mo、S和Se原子，稱為Janus TMDs[120]。圖8(b)-圖8(g)分別顯示了Janus MoSSe的光學圖像拉曼光譜、PL峰強度圖、AFM形貌和HRTEM圖像、區(qū)域電子衍射圖。ZHANG J 等還使用密度泛函理論來研究這種特殊的不對稱結(jié)構(gòu)導致的高堿表面析氫反應性能。LU A Y等[121]報道了具有較大平面外壓電極化的Janus TMD，多層Janus MoSTe約為5.7～13.5 pm/V，其鍵合電荷密度如圖8(h)所示，并證明了此Janus TMD具有壓電潛力[122]。Janus TMD還具有較長的激發(fā)載流子壽命，約為2 ns，如圖8(i)所示，與基于TMD的異質(zhì)結(jié)構(gòu)相當[100]。除了Janus MoSSe，其他Janus TMD(MoSTe，MoSeTe等)也具有明顯的電子特性(帶隙在1.37～1.96 eV之內(nèi))和高載流子遷移率[123]，如圖8(j)所示(300 K時，上圖為電子遷移率，下圖為空穴遷移率)。而且，Janus TMDs材料具有很高的光吸收能力[124-125]，并具有適當?shù)哪軒н吘壩恢靡源龠M氧化還原反應(圖8(k))，填充直方圖和陰影直方圖分別顯示了沿armchair和zigzag方向的載流子遷移率[123]。所有這些研究都表明Janus TMDs是有希望的光催化劑。同時，許多研究也證明了基于Janus TMD的vdW異質(zhì)結(jié)作為光催化劑分解水的可行性，例如MoSSe/WSSe[126]、MoXY (X/Y = O, S, Se, 和Te; X ≠ Y)[127]、MoSSe/WSe2[128]vdW異質(zhì)結(jié), 這些都可以作為出色的光催化劑分解水。

圖8 基于TMDs材料的特性

列舉兩種基于Janus MoSSe的代表性vdW異質(zhì)結(jié)，即MoSSe/GaN和MoSSe/AlN[130]。MoSSe/GaN和MoSSe/AlN vdW異質(zhì)結(jié)的動態(tài)和熱穩(wěn)定性分別通過分子動力學聲子譜和(AIMD)模擬計算來證明，如圖9(a)-圖9(d)所示。圖9(e)和圖9(f)分別描述了MoSSe/GaN和MoSSe/AlN vdW異質(zhì)結(jié)的投影能帶結(jié)構(gòu)(灰色虛線表示費米能級，并設置為0)。顯然，MoSSe/GaN(MoSSe/AlN)vdW異質(zhì)結(jié)的CBM和VBM分別由MoSSe和GaN(AlN)層貢獻。因此，兩個vdW異質(zhì)結(jié)都具有典型的II型能帶結(jié)構(gòu)。因此，它將光子產(chǎn)生的電子和空穴分別分離到MoSSe和GaN(AlN)層。MoSSe/GaN和MoSSe/AlN vdW異質(zhì)結(jié)的電子定位功能(ELF)分別如圖9(g)和圖9(h)所示。圖9(i)展示了MoSSe/GaN和MoSSe/AlN vdW異質(zhì)結(jié)均具有適當?shù)膭菽埽捎糜谒趐H = 0時分解的氧化還原反應。此外，計算的MoSSe/GaN(MoSSe/AlN)vdW異質(zhì)結(jié)的載流子遷移率(圖9(j))表明，基于Janus MoSSe的vdW異質(zhì)結(jié)均可提高載流子遷移率。因此，MoSSe/XN(X = Ga，Al)vdW異質(zhì)結(jié)具有潛在的高效光催化水分解能力。

圖9 基于Janus TMDs材料的特性

3.3 基于磷烯的異質(zhì)結(jié)光催化劑

除TMDs材料外，磷稀、藍磷(BlueP)和黑磷(BlackP)，也引起了研究學者廣泛關(guān)注。BlackP和BlueP可以通過外延生長實驗合成和調(diào)制等離子體處理，圖10(a)和圖10(b)分別為Au(111)上單層磷的STM圖像[131]和BlackP的TEM圖像[132]。BlackP擁有優(yōu)越的電子[133-135]、熱學[136-138]、光電[139]、光學[38, 140, 141]性質(zhì)以及高載流子遷移率[142]，這使得BlackP可用于鋰離子電池[143]、異質(zhì)結(jié)[144]、場效應晶體管[145]和光電器件[146]。

與BlackP的褶皺蜂窩結(jié)構(gòu)不同的是，BlueP具有六角形蜂窩結(jié)構(gòu)。圖10(c)為摻雜B、C、N、O和F的BlueP系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和非鍵合狀態(tài)演化的示意圖。B摻雜的BlueP顯示直接帶隙，并且在C摻雜和O摻雜的系統(tǒng)中可觀察到自旋極化現(xiàn)象，這使得BlueP有望應用在光學和自旋電子器件中[147]。當vdW異質(zhì)結(jié)由BlueP構(gòu)造時，它還會觸發(fā)一些可調(diào)的界面屬性[103]。BlueP/MS2(M = Nb，Ta)vdW異質(zhì)結(jié)顯示出改善的電導率和增強的機械柔韌性(最終應變> 17%)[148]。此外，通過對鋰吸附系統(tǒng)的研究(如圖10(d)所示)，BlueP/NbS2vdW異質(zhì)結(jié)的高容量(約528.257 mAhg-1)表明其具有作為電極的應用潛力。圖10(e)為BlueP/NbS2和BlueP/TaS2vdW異質(zhì)結(jié)的比容量。

當vdW異質(zhì)結(jié)由g-GaN和BlueP單層堆疊時，除了CBO和VBO以外，由能帶彎曲產(chǎn)生的界面附近的內(nèi)置電場也可以分離光子產(chǎn)生的電子和空穴[42]，圖10(f)為在g-GaN/BlueP vdW異質(zhì)結(jié)的界面附近形成能帶彎曲。一些研究表明，BlueP/TMDs(BlueP/MoS2、BlueP/WS2、BlueP/MoSe2和BlueP/WSe2)vdW異質(zhì)結(jié)具有出色的電子性能和吸收可見光的能力[149]。所有這些結(jié)果都證明基于磷烯的vdW異質(zhì)結(jié)用作光催化劑是非常有前途的。

圖10 磷稀材料的基本特性

已有研究證明，BlueP/XC(X = Ge和Si)異質(zhì)結(jié)是通過vdW力形成的，并且兩個異質(zhì)結(jié)均具有II型能帶結(jié)構(gòu)，如圖11(a)和圖11(b)所示[150](黑色和紅色標記分別是BlueP和GeC(SiC)層的能帶貢獻；灰色虛線表示費米能級，其設置為0)。從投影能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度(DOS)計算中可以看到BlueP/GeC(BlueP/SiC)vdW異質(zhì)結(jié)的CBM和VBM由BlueP和GeC(SiC)層貢獻，這意味著光生電子-空穴將被分離，并分別運動到BlueP和GeC(SiC)層促使HER和OER。有趣的是，BlueP/GeC vdW異質(zhì)結(jié)可以誘導pH=7時水分解中的氧化還原反應，而BlueP/SiC vdW異質(zhì)結(jié)具有誘導pH=0的環(huán)境下水分解的HER和OER的能力圖11(c)。同時，沿著BlueP/GeC和BlueP/SiC vdW異質(zhì)結(jié)的真空層，其電位有一個明顯的差降ΔV，如圖11(d)和圖11(e)所示，這可能導致較大的內(nèi)置電場進一步分離光生電子-空穴對。更重要的是，與BlueP、GeC和SiC單層相比，BlueP/GeC和BlueP/SiC vdW異質(zhì)結(jié)甚至可以改善可見光譜區(qū)域的吸收，如圖11(f)所示。因此，基于BlueP的vdW異質(zhì)結(jié)也是可用于水分解的有前途的有效光催化劑。

圖11 基于BlueP的異質(zhì)結(jié)特性

4 結(jié)語

綜上所述，本文介紹了用于產(chǎn)生氫氣的2D vdW異質(zhì)結(jié)光催化劑研究的最新進展，包括：1)光驅(qū)動單層半導體的思路可作為水分解用光催化劑的基本原理；2)2D vdW異質(zhì)結(jié)相對于單層材料作光催化劑分解水更具優(yōu)勢；3)vdW異質(zhì)結(jié)在水分解方面還有一些優(yōu)越性能，例如吉布斯(Gibb’s)自由能、激子結(jié)合能和較長的光生電荷壽命等。此外，還介紹了有關(guān)基于TMDs和BlueP的vdW異質(zhì)結(jié)作為光催化劑在水中誘導HER和OER的最新研究成果。顯然，該領(lǐng)域的進展表明可以通過形成2D vdW異質(zhì)結(jié)來提高水分解的光催化效率。

到目前為止，研究者們已經(jīng)證實，2D vdW異質(zhì)結(jié)可通過吸收太陽能來分離光生電子和空穴，并進一步促使水發(fā)生氧化還原反應的能力。盡管某些研究已初見成效，但對于整體性能仍然具有挑戰(zhàn)性。在理論與實驗相結(jié)合的研究中，仍然存在許多未決的問題和挑戰(zhàn)。例如，2D vdW異質(zhì)結(jié)在不同pH水溶液環(huán)境中的穩(wěn)定性。此外，即使某些vdW異質(zhì)結(jié)具有出色的光吸收性能，也需要系統(tǒng)研究來了解太陽能到氫(STH)的轉(zhuǎn)化效率，以便進一步提高光學性能。最近，由于具備了實驗和計算產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，機器學習方法已被用于各種功能材料的發(fā)現(xiàn)[151-152]。期待機器學習方法可以促進光催化劑的開發(fā)。相信2D vdW異質(zhì)結(jié)對水的分解研究仍然是一個熱門的課題，希望本文可以為其未來發(fā)展提供一些啟發(fā)。