近日，开云·电竞(中国)官方网站应用物理学专业2020级本科生刘迪在青年教师张强老师的指导下以第一作者身份在国际权威期刊《Langmuir》（IF：3.9，中科院大类2区Top）发表了题目为“Kagome-like BiP3 Monolayer: An Emerging Quasi-Direct Auxetic Semiconductor Coupled with High Anisotropic Mobility toward Visible-Light-Driven Photoelectrocatalytic pH-Robust Overall Water-Splitting”的研究论文。该论文以上海理工大学为唯一单位，青年教师张强为唯一通讯作者。
该论文基于寻找清洁能源、实现碳中和目标的时代背景，介绍了一个多功能绿色纳米催化剂的设计及性能探究。虽然二维材料受到广泛关注，但是合适的光催化水分解催化剂仍然亟待发现。利用第一性原理计算，该论文中首次预测了一种新型的二维BiP3的同素异形体，可视为准直接半导体。受益于类kagome和蜂窝拓扑的结构特性，该材料展示出了许多优异的性质：负平面外泊松比、合适的带边位置，从P原子亚层指向Bi原子亚层的内建电场，高载流子迁移率，高可见光吸收率，光生电子和空穴对光催化析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的强大驱动力。因此，类kagome的Janus BiP3单层可以作为用于全水分解的良好光催化剂,且在应变条件下也能满足光催化水分解的要求。研究发现，在裸露的BiP3单层中，P原子和Bi原子分别作为HER（水的光催化析氢反应）和OER（水的光催化析氧反应）的活性位点，能够在光照下自发地将水分解为H2和O2（pH范围为0−14）。在TM@BiP3体系中的研究中发现，将单个TM原子嵌入BiP3中可以降低HER的过电位到-0.039eV，从而提高了HER的活性（例如Mo@BiP3）。此外，Os@BiP3体系在OER催化方面具有最低的能量输入要求（1.816eV），其中，保持正值的Uh起到驱动力的作用，使全pH范围内都能实现稳定的光催化全水分解。该论文通过基于第一性原理计算的方法，成功预测了一种新型的二维BiP3同素异形体，展现出优异的光催化性能，这些发现为开发高效的光催化水分解催化剂提供了重要的理论指导和启示。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.langmuir.3c01840
