ACS ANM：六方晶系单层氯化亚铜催化水分解反应的密度泛函理论研究！

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在过去的多年中，人们寻找地球丰富的半导体催化剂来驱动光解水反应。本文研究了六方晶系单层CuCl薄片催化剂对该光催化反应的催化性能。文中采用密度泛函理论研究了CuCl单层薄片和CuCl块体材料对光解水全反应的催化效果。电子结构、能带排布和过电位的计算表明CuCl单层薄片比CuCl块体材料具有更优越的催化性能，这主要是由于单层结构价带的稳定性所致。

大量的金属氧化物、硫化物和磷化物用来研究做光解水的优良催化剂。其中Cu ₂ O具有较好的析氢效果，但是其在水溶液中不稳定。Cu ₃ P和Cu ₂ S也有相关的研究，而CuCl具有较好的带隙结构，是光解水的优良催化剂。

图1：六方晶系单层CuCl的模型结构

文中计算了CuCl单层结构和CuCl块体结构的稳定性、态密度图和能带分布图，结果如下：

图2：六方晶系单层CuCl和块体CuCl的态密度和能带排布

根据析氧反应的基元步骤，计算了六方晶系单层CuCl和块体CuCl表面吸附and O*, HO*, and HOO* 重要中间体的自由能。同时计算了H*物种在催化剂表面的吸附，以此给出光解水析氧和析氢反应的热力学判断。

计算结果显示，单层CuCl具有较好的热力学稳定性。从能带结构上来看，单层CuCl比块体CuCl对光催化分解水具有更好的催化活性。对H*较弱的吸附使得单层CuCl具有更好的析氢效果。

Hexagonal CuCl Monolayer for Water Splitting: A DFT Study，Cite This: ACS Appl. Nano Mater. 2019, 2, 4238−4246

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