目前能源紧缺问题日益严重，与防治环境污染密切相关的清洁能源的寻找与制造得到了人们的广泛关注。光催化分解水制氢在解决这类问题方面有很大可行性。但当前所研究的光催化材料普遍存在着对可见光吸收能力低，光激发电子—空穴复合速率快，催化剂表面活性位数量较低等问题。光催化效率低、产氢活性不高等问题限制了光催化产氢的发展，研究者提出的相应解决方案，如掺杂、染料敏化、复合半导体及修饰改善光催化剂表面结构等，可一定程度扩大吸收范围，而寻找具有合适的光吸收谱与低电子空穴复合率的光催化剂仍为解决问题的主要方式。

自石墨烯发现以来，二维层状纳米材料因其优异的物理化学性质得到了广泛的关注。二维材料在光催化方面具有两大优点，一是二维材料的带隙能被层数有效的调控，对应被激发的光波长范围也能被调控；二是比表面积大，显著增强光生电子空穴对的分离效率。因此，二维材料在光催化分解水制氢领域具有重要应用价值。在光催化分解水制氢过程中，除了需要合适的带隙和较高的电子空穴对分离效率，还需要降低电子空穴对的复合率，有助于光催化氧化和还原反应效率的提高。通过第一性原理计算，我们可以寻找和设计具有上述特性的二维材料体系，分析其在光催化水解制氢方面性能的强弱，为实验合成和实际应用提供强有力的理论依据。

根据Yu等人的研究，声子谱和室温分子动力学（MD）计算表明，一类具有单层黑色亚磷（α）和蓝色亚磷（β）结构的二元V-V化合物半导体（PN、AsN、SbN、AsP、SbP和SbAs）都非常稳定，其中大多数化合物在可见光频率范围内存在中等能隙，且能隙可以通过面内应变调节。特别是α相V-V化合物具有直接带隙，而β相SbN、AsN、SbP和SbAs由于具有宽带隙分离声学模和光学声子模，有望成为二维太阳能电池材料的候选材料。这表明二维层状 V-V族半导体在光电子和纳米电子半导体器件中都存在广泛的应用前景。

SbAs作为V-V族化合物中的一员，是一种上下表面存在极性的二维材料，基于密度泛函理论（DFT）对SbAs多晶型的结合能和声子色散谱的计算证实了其多晶型的热力学和动力学稳定性。在多层堆叠时，SbAs的带隙随层数发生改变，因此可以一定程度上调控其吸收光谱，根据需求调节光催化剂的光谱吸收范围。另外，多层SbAs中还存在电子空穴对被分离到范德瓦尔斯界面两侧的情况，这能够极大降低电子空穴对复合率，同时其具有二维材料相关优良性质，以上结果表明二维SbAs是一种实现光催化制氢的理想材料。综上所述，多层SbAs在光催化制氢方面的研究是十分有必要的。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容：

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究多层SbAs的电子结构和电子空穴分离情况与层数之间的关系并得到不同层数的SbAs的光吸收谱。