光催化分解水制氢是近年来最活跃的研究领域之一。由于紫外光能量占太阳光的5%,可见光能量占太阳光的43%,因此提高光催化可见光区域的吸收是提高光催化分解水效率的关键。光催化分解水研究的核心在于光催化剂的选择。二维材料相对体材料具有较小的载流子迁移距离,可以使光生电子和空穴更快地迁移到光催化剂的表面,同时它具有较大的比表面积,可以使光生电子和空穴与水的反应面积增大。ZnO本身是广受研究的半导体光催化剂之一,单层ZnO由于二维材料的优势,在光催化分解水领域具有更大的前景。然而单层ZnO存在带隙过宽的问题,限制了其在可见光区域的吸收。针对这一问题,本文提出调整带隙的策略,采用施加双轴应变、外加电场、与其它单层材料组建异质结三种手段对单层ZnO的带隙进行调控,以提高其光催化性能。计算结果表明,本征单层ZnO的带隙为3.30eV,由于其带隙超过了3.00e V,导致了其在可见光区域吸收较低。而在10%双轴拉伸应变下的单层ZnO,其带隙减小到2.70e V,同时氧化能力有所提高,在可见光区域光吸收增强,带边位置依然符合水的氧化还原电位。此外,我们发现外加电场对提高光催化性能作用不明显。我们的理论工作表明,双轴应变可以有效地提高单层ZnO的光催化性能。单层GaN晶格常数与单层ZnO相匹配,是组建异质结的理想材料。但是其光催化分解水的能力受限于带隙过宽和间接带隙。研究发现,当In原子掺杂含量为11.11at.%时,单层GaN的带隙从3.30e V减小到2.90e V,但其仍为间接带隙。而单层GaN在7.5%双轴压缩应变下的带隙为2.42e V,且由间接带隙半导体变为直接带隙半导体,同时解决了其本征材料存在的两大问题。单层ZnO/GaN异质结的计算结果表明,其结构是稳定存在的,带隙为2.73e V,且具有合适的带边位置。上述结果表明,施加应变和构建异质结可以有效提高单层ZnO的光催化性能,为提高二维材料的光催化性能提供借鉴思路。