二维Janus材料可以收获丰富的氢燃料

几项研究预测，水分解反应可以被某些二维材料组催化——每组材料的厚度只有几个原子。一个特别有前途的组被命名为2DJanus材料，其两侧各有不同的分子组成。

通过欧洲物理杂志B中详述的新计算，中国山东师范大学的JunfengRen及其同事提出了一组新的四种二维Janus材料，它们可能特别适合这项任务。

由于氢气在燃烧时会释放出大量能量，而副产品只有水，因此现在人们普遍认为它是化石燃料的绝佳替代品。分裂水分子涉及氧化还原反应，其中电子和空穴参与还原和氧化反应。

由于它们是出色的半导体，二维Janus材料特别适合催化这种反应。当半导体绝缘价带中的电子吸收光子时，它会被激发到材料的导带，留下带正电的空穴。反过来，这些材料既是电子的来源又是电子的受体——使氧化还原反应更容易发生。

在他们的理论研究中，Ren的团队检查了一组四种这样的材料：一个表面由硒或碲组成，另一个由溴或碘组成——两面都夹着一层砹中间层。在这些半导体中，它们的价带和导带的能量相距足够远，以防止电子和空穴容易地重新结合：允许它们结合电子和空穴产生氢和氧。

由于这四种材料都表现出出色的稳定性和光吸收性，研究人员认为它们可能是催化水分解反应的非常有前途的候选材料。如果这些结果可以在实验中重现，任正非的团队希望这四种材料能够成为未来几十年全球消除碳排放努力的关键要素。