DFT study on type-II photocatalyst for overall water splitting: g-GaN/C2N van der Waals heterostructure

光催化 范德瓦尔斯力 异质结 分解水 带隙 材料科学 可见光谱 光催化分解水 吸收(声学) 紫外线 紫外线 化学 光电子学 催化作用 分子 有机化学 复合材料 生物化学
作者
Xin Huang,Xiaomei Shu,Jie Li,Zhongguo Cui,Shengzhe Cao,Wei Chen,Jie Yin,Gang Yan,Huaihong Zhao,Jing Hu,Zhihong Yang,Yunhui Wang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:48 (33): 12364-12373 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.12.146
摘要

Constructing van der Waals heterostructure has triggered enormous interest in the field of photocatalytic water splitting. Herein, we have investigated the structural, electronic and optical properties of g-GaN/C2N heterostructure by first-principles methods, and further discussed the implications from the viewpoint of photocatalytic applications. Our results show that g-GaN/C2N heterostructure is a type-II heterostructure, possessing staggered energy band arrangements, which benefits to the effective spatial-separation of photogenerated carriers. The bandgap is predicted to be 1.92 eV, governing a wide optical absorption spectrum from visible-light to ultraviolet-light with the magnitude of 105 cm−1. Moreover, its band edges span water redox potentials, satisfying the requirement of overall photocatalytic water splitting. In addition, the electronic properties of g-GaN/C2N heterostructure could be modulated by applying biaxal strain, resulting in an increasement of optical absorptions in the visible-light range. Finally, excellent stability of adsorbing water molecule on the g-GaN/C2N heterostructure is shown. These theoretical predictions suggest that the g-GaN/C2N heterostructure is promising for photocatalytic water splitting.
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