Promising photocatalysts with high carrier mobility for water splitting in monolayer Ge2P4S2 and Ge2As4S2

单层 光催化分解水 分解水 半导体 带隙 光催化 材料科学 化学 化学物理 吸收(声学) 吸附 光化学 光电子学 纳米技术 物理化学 有机化学 催化作用 复合材料
作者
Yunlai Zhu,Jun‐Hui Yuan,Ya-Qian Song,Kan‐Hao Xue,Sheng Wang,Chen Lian,Zhaonan Li,Ming Xu,Xiaomin Cheng,Xiangshui Miao
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:44 (39): 21536-21545 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2019.06.068
摘要

Monolayer Ge2P4S2 and Ge2As4S2 are proposed as a new type of efficient photocatalyst for water splitting, based on first-principles calculations. Monolayer Ge2As4S2 exhibits a direct band gap of 1.89 eV (based on HSE06 calculation), while monolayer Ge2P4S2 is an indirect gap semiconductor that can turn into direct band gap by applying 3% compressive strain. Moreover, the band edge positions of monolayer Ge2P4S2 and Ge2As4S2 perfectly cover the redox potentials of water. Remarkably, the Ge2P4S2 and Ge2As4S2 monolayers possess rather high carrier mobilities (∼103–104 cm2 V−1 s−1), and have moderate optical absorption performance in the range of visible light. In addition, the adsorption and decomposition of water molecules on monolayer Ge2P4S2 and Ge2As4S2 are explored to illustrate the mechanism of photocatalytic hydrogen formation. These results demonstrate that the monolayer Ge2P4S2 and Ge2As4S2 hold great potential for photocatalytic water splitting.

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