实现光生载流子的有效分离和定向传输仍然是二维（2D）光催化剂开发中的一个核心挑战[1,2]。尽管2D材料具有强量子限制、短扩散长度和高表面积等优点，但其性能往往受到快速电荷复合和氧化还原反应驱动力不足的限制[3,4]。为了解决这些问题，提出了多种能带结构工程方法，包括缺陷调控、应变调制和界面设计[[5], [6], [7]]。其中，构建2D范德华（vdW）异质结构（HS）已成为通过II型能带对齐促进电子和空穴空间分离的有效策略[[8], [9], [10]]。特别是在异质界面处，II型能带配置有助于载流子在层间的迁移，这对于提高光催化活性至关重要。除了由能带对齐或费米能级不匹配引起的界面电场外，人们越来越关注极化场（无论是自发的还是种族间诱导的）作为进一步调节2D vdW HS中电荷动态的新兴机制[[11], [12], [13]]。极化效应不仅可以重塑能带边缘位置，还可以产生驱动载流子定向迁移的内置电场，抑制复合并增强氧化还原能力[14,15]。值得注意的是，最近的研究表明，这种极化场可以通过原子级参数（如层数、堆叠方向或晶格对称性）进行灵敏调节[16,17]。这些发现表明，极化工程为下一代光催化材料的合理设计提供了强大的但尚未充分探索的手段。先前的研究表明，2D HS中的II型能带对齐有利于促进空间电荷分离，从而提高光催化效率[18,19]。为了实现理想的能带结构和载流子动态，已经探索了多种策略，如组分选择、应变工程和层间扭曲调制[12,[20], [21], [22]]。然而，这些方法通常存在可调性有限、结构不稳定或界面场强度弱的问题[23,24]。相比之下，由内在结构不对称性引起的自发极化为内部电场调制提供了根本不同的途径，在原子尺度上提供了更大的可控性[[25], [26], [27]]。
在各种内在不对称的材料系统中，非中心对称半导体（如六方GaN和h-BN）在晶体学c轴上容易产生自发极化[[28], [29], [30]]。当用于vdW HS时，通过改变GaN层数量、调整堆叠对称性或调节层间耦合，可以显著调节极化强度和方向[29,31,32]。这种依赖于层的极化场会产生强大的界面电场，从而引起额外的能带偏移，重塑电荷分布，并改变载流子传输路径。与外部诱导的极化（例如，Wang等人展示了Ce掺杂在Fe2O3中引入的内在极化，增强了电荷分离，而Jia等人利用In2Se3的铁电极化来改善半导体HS中的电荷分离）相比，利用结构设计中的内在极化具有更高的稳定性、与宿主晶格更好的一致性以及与电子性质的更强耦合，这使得其在长期操作条件下特别适用于光催化应用。在这种背景下，基于GaN的HS中通过控制层数进行的极化工程成为调节能带对齐和光催化反应路径的一种有前景的策略。2D材料SnP2Se6具有合适的带隙和强可见光吸收能力，是一种优秀的光活性组分[[37], [38], [39], [40]]。当与GaN耦合时，所得到的SnP2Se6/GaN异质结构很可能表现出交错的II型能带对齐，这可以从GaN和SnP2Se6的相应能带边缘位置推断出来[32,39,41]。此外，通过简单调整GaN的层厚度，可以有效地调节HS的电子结构，从而实现极化场驱动的可调性。这种耦合为同时优化能带对齐、电荷分离和氧化还原电位提供了协同机会。尽管具有这种潜力，但对于层控极化如何调节SnP2Se6/GaN HS的光催化性能（特别是在水分解和界面电荷传输机制方面）的系统理解仍然不足。填补这一知识空白对于建立结构-性质-功能关系以及指导极化增强型2D光催化剂的合理设计至关重要。
在本研究中，SnP2Se6/GaN异质结构被用作模型系统，通过改变GaN组分的厚度来探索极化场对界面电子结构和光催化性能的调节作用。第一性原理计算证实，所有异质结构均表现出II型能带对齐，这促进了光激发载流子的有效分离和转移。值得注意的是，偶数层的GaN引入了强烈的极化场，导致界面处产生了0.35 eV和0.38 eV的内置电位差，使能带边缘发生位移。进一步分析揭示了一种Z型电荷传输机制，增强了氧化还原驱动力。水分解动力学表明，与单独的材料相比，HER和OER活性得到了改善。这些发现为优化2D异质结构以实现高效、多功能光催化剂提供了一种基于极化场的设计策略。
