我校侯清玉教授团队在不同价态Zn空位对ZnO: (Li-Lii-Hi) (001) 单层磁性和光电催化性能及太阳能转氢率的第一性原理研究领域取得进展

近日，我校理学院侯清玉教授团队在不同价态Zn空位对ZnO: (Li-Li_i-H_i) (001）单层磁性和光电催化性能及太阳能转氢率的第一性原理研究中取得进展。

研究团队采用基于密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理广义梯度近似平面波超软赝势+U的方法，研究Li元素在ZnO中以替位式杂质（Li_Zn）或间隙式杂质（Li_i）存在，并与氢间隙（H_i）和不同价态的锌空位（V_Zn）共存对二维ZnO（001）单层体系磁性和光电催化性能的影响。研究发现，Zn34HiLiiLiZnO36(VZn2^-)（001）单层体系载流子分离最快，寿命最长，功函数最小，吸收光谱红移最明显，太阳能转氢率相对高，驱动水分解析H₂的催化活性最好。此外，Zn₃₄Li_iLi_ZnO₃₆(V_Zn^2-)（001)单层体系过电位最小，制氧能力最好。这一研究结果为设计和制备新型ZnO（001）单层光电催化剂提供理论支撑。

图1 ZnO（001）表面掺杂前后模型图

图2 ZnO（001）单层掺杂体系的自由能变化过程图

该研究成果受到国家自然科学基金项目（No.61964013）；内蒙古自治区高校创新团队项目（NMGIRT2319）；内蒙古自治区科技项目（2025KYPT0027，2025KYPT0028）资助。研究文章“First-principles study on magnetic and photocatalytic properties and solar-to-hydrogen conversion efficiency of ZnO: (Li-Lii-Hi) (001) monolayer with different valence states of Zn vacancies”   （DOI: 10.1016/j.fuel.2026.139705）在国际期刊《Fuel》（IF：7.5）发表。我校侯清玉教授为唯一通讯作者，张钢硕士为第一作者，内蒙古工业大学为第一和唯一通讯单位。

图3 论文页面

文字、图片：理学院