在過去的多年中，人們尋找地球豐富的半導體催化劑來驅動光解水反應。本文研究了六方晶系單層CuCl薄片催化劑對該光催化反應的催化性能。文中采用密度泛函理論研究了CuCl單層薄片和CuCl塊體材料對光解水全反應的催化效果。電子結構、能帶排布和過電位的計算表明CuCl單層薄片比CuCl塊體材料具有更優(yōu)越的催化性能，這主要是由于單層結構價帶的穩(wěn)定性所致。

大量的金屬氧化物、硫化物和磷化物用來研究做光解水的優(yōu)良催化劑。其中Cu₂O具有較好的析氫效果，但是其在水溶液中不穩(wěn)定。Cu₃P和Cu₂S也有相關的研究，而CuCl具有較好的帶隙結構，是光解水的優(yōu)良催化劑。

圖1：六方晶系單層CuCl的模型結構

文中計算了CuCl單層結構和CuCl塊體結構的穩(wěn)定性、態(tài)密度圖和能帶分布圖，結果如下：

圖2：六方晶系單層CuCl和塊體CuCl的態(tài)密度和能帶排布

根據析氧反應的基元步驟，計算了六方晶系單層CuCl和塊體CuCl表面吸附and O*, HO*, and HOO* 重要中間體的自由能。同時計算了H*物種在催化劑表面的吸附，以此給出光解水析氧和析氫反應的熱力學判斷。

計算結果顯示，單層CuCl具有較好的熱力學穩(wěn)定性。從能帶結構上來看，單層CuCl比塊體CuCl對光催化分解水具有更好的催化活性。對H*較弱的吸附使得單層CuCl具有更好的析氫效果。

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