隨著工業社會發展，“溫室效應”成為了人類面臨的重大環境挑戰。

眾所周知，因化石燃料燃燒排放的二氧化碳是形成“溫室效應”的罪魁禍首。隨著大氣中二氧化碳濃度不斷升高，全球氣溫逐漸變暖，災害性天氣逐年增加。如何高效制取氫氣等綠色能源、如何實現二氧化碳的轉化利用成為了全球科學家關注的焦點。

“光催化技術”因其穩定、高效、清潔的特性，正在得到學術界的高度關注和認可。這是一種環境友好型的凈化技術，其原理是基于光催化劑在光照條件下的氧化還原能力，達到凈化污染物、物質合成和轉化等目的。其中，光催化劑性能是光催化技術的核心，該性能的高效與否，決定了催化反應的效能。

近日，天津大學封偉教授團隊在半導體二維原子晶體的可控制備和帶隙調控研究上取得重要突破：采用 -H/-OH 封端二元鍺硅烯，首次獲得了具有帶隙可調控的二維層狀鍺硅烷。目前，相關研究成果發表于《自然·通訊》。

據悉，封偉團隊通過對 CaGe2 進行 Si 摻雜，制備了具有精確配比的 Ca（Ge1-xSix）2（x = 0.1-0.9）合金，通過拓撲插層反應實現了 -H/-OH 封端，獲得了具有一系列不同摻雜比例的蜂窩狀二維鍺硅烷合金。晶體結構模型的理論計算結果表明二維鍺硅烷為直接帶隙半導體材料，其帶隙類型不依賴于層數和 Si 摻雜的比例。

二維鍺硅烷兼具可調控能帶結構、寬光譜（從紫外區到可見光區）響應和優異的光催化性能，是未來制備納米光電器件的理想材料之一。該研究首次實現了摻雜精確調控鍺硅類 IVA 族二維原子晶體半導體的能帶結構，將為未來新型半導體二維原子晶體材料的合成、設計、電子結構調控以及光電性能提升提供重要的材料基礎和技術支撐。