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Direct Z-scheme GaTe/SnS2 van der Waals heterojunction with tunable electronic properties: A promising highly efficient photocatalyst

异质结 分解水 材料科学 光催化 光电子学 光催化分解水 带隙 范德瓦尔斯力 电场 制氢 纳米技术 化学 物理 分子 生物化学 有机化学 量子力学 催化作用
作者
Jiaxin Wang,Jinzhe Xuan,Xing Wei,Yan Zhang,Jibin Fan,Lei Ni,Yun Ye,Jian Liu,Ye Tian,Li Duan
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:54: 979-989
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.11.180
摘要

The production of hydrogen through photocatalytic water splitting offers a secure and eco-friendly approach. In this study, the application of GaTe/SnS2 heterojunction in the field of photocatalysis was studied in depth by using the first-principles calculation method. Based on single-layer GaTe and SnS2, a novel two-dimensional GaTe/SnS2 van der Waals heterojunction (vdwH) was constructed. Through analytical calculations, it is obvious that the GaTe/SnS2 heterojunction has an indirect bandgap of 0.85eV. Furthermore, its type-II band alignment facilitates efficient separation of photogenerated electrons and holes across different layers. The application of Bader charge analysis revealed an intriguing observation: the GaTe layer transferred a charge of 0.058e to the SnS2 layer. This charge transfer led to the creation of a robust built-in electric field, which played a pivotal role in efficiently inhibiting the recombination of photogenerated electrons and holes. Under the condition of pH = 0, GaTe/SnS2 heterojunction can promote redox reaction and realize water splitting. In addition, when the biaxial strain of -3%–3 % is applied to the GaTe/SnS2 heterojunction, the band edge position and light absorption properties are effectively changed, and more photons participate in the water splitting process. More importantly, the solar-to-hydrogen (STH) efficiency of GaTe/SnS2 heterojunction reaches 56.6 %, and when ε = 3 %, ηSTH increases to 58.21 %. Hence, our research showcases the GaTe/SnS2 heterojunction's potential as a highly efficient Z-scheme photocatalyst for water splitting, offering promising prospects for hydrogen production.

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