Design of High-Efficiency Visible-Light Photocatalysts for Water Splitting: MoS2/AlN(GaN) Heterostructures

异质结 光催化 材料科学 分解水 可见光谱 光电子学 辐照 吸收(声学) 光化学 光催化分解水 催化作用 化学 物理 复合材料 有机化学 核物理学 生物化学
作者
Jiamin Liao,Baisheng Sa,Jian Zhou,Rajeev Ahuja,Zhimei Sun
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:118 (31): 17594-17599 被引量:384
标识
DOI:10.1021/jp5038014
摘要

Hydrogen fuel produced from water splitting using solar energy and a catalyst is a clean and renewable future energy source. Great efforts in searching for photocatalysts that are highly efficient, inexpensive, and capable of harvesting sunlight have been made for the last decade, which, however, have not yet been achieved in a single material system so far. Here, we predict that MoS2/AlN(GaN) van der Waals (vdW) heterostructures are sufficiently efficient photocatalysts for water splitting under visible-light irradiation based on ab initio calculations. Contrary to other investigated photocatalysts, MoS2/AlN(GaN) vdW heterostructures can separately produce hydrogen and oxygen at the opposite surfaces, where the photoexcited electrons transfer from AlN(GaN) to MoS2 during the photocatalysis process. Meanwhile, these vdW heterostructures exhibit significantly improved photocatalytic properties under visible-light irradiation by the calculated optical absorption spectra. Our findings pave a new way to facilitate the design of photocatalysts for water splitting.
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