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Machine Learning Assisted Design of Type-II Two-Dimensional Heterostructures for Photocatalytic Water Splitting

光催化 异质结 类型(生物学) 材料科学 分解水 纳米技术 计算机科学 光电子学 化学 生物 生态学 生物化学 催化作用
作者
Xianbo Yu,Tingbo Zhang,Liang Ma,Qionghua Zhou,Jinlan Wang
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (3): 898-905 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.4c02218
摘要

Type-II two-dimensional (2D) heterostructures are promising for photocatalytic water splitting but face exploration challenges due to high experimental/computational costs. Here, we propose an efficient data-driven approach for the rapid discovery of type-II van der Waals heterostructures (vdWHs) without the need for preoptimization of structures or precise stacking information. To meet this end, a specially designed matrix descriptor is developed to capture the important interlayer interactions. Coupled with a one-dimensional convolutional neural network, this descriptor can well describe weak interlayer interactions in heterostructures, allowing direct prediction of bandgap and band edge positions of arbitrary 2D heterostructures. 800 potential candidates are successfully screened out of nearly 10 5 heterostructures for type-II vdWHs, and further comprehensive band structure and optical absorption spectra calculations reveal the potential of WS 2 /Rh 2 Br 6 and Al 2 S 2 /PtS 2 as water splitting photocatalysts. This work provides a data-driven approach to energy materials discovery and offers a cost-effective alternative to traditional methods.
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