以提高GaN/ZnO异质结光解水制氢性能为目标，采用第一性原理方法研究了Li和Au元素掺杂GaN/ZnO异质结的电子结构、光学性质和光催化性能。电子结构计算表明GaN/ZnO异质结为直接带隙半导体，异质结类型为Z型，带隙为1.41 eV，能有效促进载流子分离。Li、Au掺杂后的各结构中除Li替位Zn结构外，均具有磁性。光学性质分析的结果表明，掺杂Li、Au元素可以提高体系的吸收系数，其中Li替位Zn后异质结具有较大的光吸收系数，同时具有较大的功函数(7.37 eV)和界面电势差(2.55 V)，表明其可见光利用率较高，界面结构稳定且具有较大的内建电场，可以更有效地促进电子与空穴的迁移从而减小电子-空穴对的结合。Bader电荷分析表明掺杂元素Li和Au均失去电子。电子从GaN层向ZnO层转移，在界面处形成了一个有效的内电场。Li替位Zn和Au同时替位近位的Ga和Zn所对应的2种结构的层与层之间转移的电子较多，说明其界面电势差较大且拥有较高的光生载流子迁移速率。光解水制氢性能分析表明，ZnO薄膜、GaN/ZnO异质结、Li替位Ga以及Li同时替位远位的Ga和Zn四种体系在pH=0时，满足光解水制氢的条件。GaN薄膜、ZnO薄膜和Li同时替位远位的Ga和Zn三种体系在pH=7时满足光解水制氢的条件。

The adsorption behaviors of intrinsic graphene-like GaN (g-GaN) and transition metal (TM) atom-doped g-GaN on Cl₂ and CO gas molecules were systematically investigated using first-principles calculations based on density functional theory. The results show that the adsorption of both Cl₂ and CO on the intrinsic g-GaN was physisorbed, and since the adsorption energies of both systems were positive, it indicates that the systems are unstable. On the contrary, the adsorption energies of Cl₂ and CO upon adsorption on Fe- and Co-doped g-GaN were negative and small, and the adsorption system is stable. By analyzing the properties of the density of states, charge density difference, and energy band structure, it can be concluded that the introduction of transition metal atoms can effectively enhance the interaction between gas molecules and g-GaN.

复合材料的组成和结构设计对于提升电磁波吸收(EMWA)性能至关重要。为了在实现更可控的微观形貌调控的同时，整合组成设计以获得更宽频带的EMWA性能，本文利用碳纳米管(CNs)的简易制备工艺和良好的分散性。采用水热合成法，在CNs表面包覆ZnSn(OH)₆和γ-Ga₂O₃。随后，高温煅烧将ZnSn(OH)₆转化为ZnO/Sn异质结，同时将γ-Ga₂O₃转化为GaN，构建了多维复合结构，并在金属与半导体接触界面引入了肖特基势垒。通过优化电磁波损耗机制和阻抗匹配特性，最终得到的C@ZnO/Sn@GaN复合材料在2.6 mm处实现了−48.07 dB的最小反射损耗(RL_min)，在2.2 mm处实现了6.32 GHz的最大吸收吸收频率(EAB_max)。由于其独特的结构和组成，该复合材料展现出优异的耐腐蚀性，为拓展其应用领域提供了宝贵的思路。本研究采用简单的水热法和高温煅烧法成功构建了一系列具有多组分异质界面的复合材料，优化了纯碳材料的高介电性能。此外，肖特基势垒的引入改变了电子传输特性，进一步增强了材料的电磁波吸收能力。

采用溶胶-凝胶法制备了表面构筑Al₂O₃稳定层的Al₂O₃/GaN分解水光催化剂。Al₂O₃层阻止了新生氧诱导的GaN光腐蚀和伴随发生的氢氧复合逆反应。电化学分析、弛豫时间分布及稳态/瞬态荧光光谱证实，Al₂O₃层不仅能显著提升电荷分离与传输效率，延长载流子寿命，还能明显降低水分解反应的过电位，加快表面反应动力学过程。在全光谱照射下，Al₂O₃/GaN催化剂实现了全分解水制氢，可稳定运行9 h且性能无衰减。