First-Principles Calculations of 2D Janus WSSiN2Monolayer for Photocatalytic Water Splitting

杰纳斯 光催化 单层 半导体 吸收(声学) 光催化分解水 材料科学 分解水 化学物理 纳米技术 光电子学 光化学 化学 催化作用 生物化学 复合材料
作者
Gang Yuan,Xinguo Ma,Jiajun Liao,Tian Xie,Qihai Xie,Zhong‐Yong Yuan
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (3): 1956-1964 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c04918
摘要

Hunting for high-performance photocatalysts to achieve efficient solar conversion is still far from ideal goals. Here, a kind of Janus structure, ASSiN2 (A = Cr, Mo, W) monolayers, is first proposed to explore their photocatalytic activity using the first-principles calculations. It is found that the Janus ASSiN2 monolayers are structurally stable and exhibit semiconductor behaviors with indirect bandgaps of 1.47, 2.86, and 3.02 eV, respectively. According to the comprehensive analysis of charge density difference, it is confirmed that an enhanced intrinsic electric field exists in the Janus structures, which could facilitate the separation of photogenerated carriers. Noteworthily, only the band-edge potentials of the WSSiN2 monolayer fully satisfy the redox conditions of photocatalytic water splitting. Meanwhile, the high electron mobility up to 1098.36 cm2·V–1·s–1 and strong visible-light absorption ability can be obtained in the WSSiN2 monolayer, indicating its great application potential in photocatalysis. The findings will offer reliable evidence for further developing 2D Janus materials as high-performance photocatalysts.
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