Two dimensional Janus SGaInSe(SeGaInS)/PtSe2 van der Waals heterostructures for optoelectronic and photocatalytic water splitting applications

异质结 光催化 范德瓦尔斯力 材料科学 分解水 光电子学 吸收(声学) 光催化分解水 带隙 吸收边 电介质 化学 分子 生物化学 催化作用 有机化学 复合材料
作者
Iqtidar Ahmad,Ismail Shahid,Anwar Ali,Zilin Ruan,Cuixia Yan,Johar Ali,Lei Gao,Jinming Cai
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:47 (67): 28833-28844 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.06.188
摘要

Hydrogen generation by photocatalytic water splitting is considered as a viable and clean energy source for dealing with energy shortages and environmental pollution challenges. By means of first-principles calculations, the SGaInSe(SeGaInS)/PtSe2 van der Waals (vdWs) heterostructures are confirmed to be energetically, dynamically, and thermally stable, indicating that they have a lot of potential for experimental implementation. The Model-I of SGaInSe/PtSe2 heterostructures possesses type-II indirect band alignment, while the other three heterostructures retain type-I band alignment, which is further tuned to type-II with the application of strain. The charge transfer to SGaInSe/SeGaInS layer from PtSe2 layer generates built-in electric field that effectively resists the recombination of photo-generated electron-hole pairs. At pH = 0, the band edge positions of both heterostructures completely straddle the redox potentials. The Model-I of SeGaInS/PtSe2 heterostructures with biaxial −2% compressive strain makes the band edges to do complete water splitting in natural environment (pH = 7). In the visible range of the irradiating spectrum, our designed heterostructures have enhanced imaginary part of the dielectric function and absorption coefficient up to 105 cm−1. Moreover, with the biaxial compressive (tensile) strains, the blue-shift (red-shift) in absorption spectra is examined. Our study extends the applications of Janus monochalcogenides/PtSe2 vdWs heterostructures and supports to design of more heterostructures-based photocatalysts and optoelectronic devices.
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