Photocatalytic properties of anisotropic β-PtX2 (X = S, Se) and Janus β-PtSSe monolayers

光催化 杰纳斯 单层 材料科学 各向异性 结晶学 纳米技术 化学 物理 光学 催化作用 有机化学
作者
Pooja Jamdagni,Ashok Kumar,Sunita Srivastava,Ravindra Pandey,K. Tankeshwar
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (36): 22289-22297 被引量:40
标识
DOI:10.1039/d2cp02549c
摘要

The highly efficient photocatalytic water splitting process to produce clean energy requires novel semiconductor materials to achieve a high solar-to-hydrogen energy conversion efficiency. Herein, the photocatalytic properties of anisotropic β-PtX2 (X = S, Se) and Janus β-PtSSe monolayers were investigated based on the density functional theory. The small cleavage energy for β-PtS2 (0.44 J m-2) and β-PtSe2 (0.40 J m-2) endorses the possibility of mechanical exfoliation from their respective layered bulk materials. The calculated results revealed that the β-PtX2 monolayers have an appropriate bandgap (∼1.8-2.6 eV) enclosing the water redox potential, light absorption coefficient (∼104 cm-1), and exciton binding energy (∼0.5-0.7 eV), which facilitates excellent visible-light-driven photocatalytic performance. Remarkably, the inherent structural anisotropy leads to an anisotropic high carrier mobility (up to ∼5 × 103 cm2 V-1 S-1), leading to a fast transport of photogenerated carriers. Notably, the required small external potential to realize hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction processes with an excellent solar-to-hydrogen energy conversion efficiency for β-PtSe2 (∼16%) and β-PtSSe (∼18%) makes them promising candidates for solar water splitting applications.

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