2D WSe2/MoSi2N4 type-II heterojunction with improved carrier separation and recombination for photocatalytic water splitting

异质结 材料科学 分解水 过电位 光催化 光催化分解水 半导体 带隙 吸收(声学) 光电子学 量子效率 能量转换效率 载流子产生和复合 光化学 化学物理 化学 物理化学 催化作用 电化学 生物化学 电极 复合材料
作者
Yonghui Liu,Zhuo Jiang,Jun Jia,John Robertson,Yuzheng Guo
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:611: 155674-155674 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.155674
摘要

The use of semiconductor photocatalysis for hydrogen production is an ideal approach for achieving solar energy and conversion. In this work, we systematically examine the photocatalytic properties of WSe2/MoSi2N4 van der Waals heterojunctions using first-principles calculation and nonadiabatic molecular dynamics. The results demonstrate that the WSe2/MoSi2N4 heterojunction possesses a 1.81 eV indirect band gap and type-II band alignment, which ensures that the photoexcited electron–hole (e–h) pairs are spatially separated. The carrier lifetime of the photoexcited e–h pairs is 278 ps significantly longer than the interlayer hole transfer time of 335 fs, implying that the heterojunction has the high quantum efficiency. In addition, this heterojunction possesses superior optical absorption (105 cm−1), low overpotential for OER (0.60 V), and outstanding light absorption properties. These findings indicate that this heterojunction can achieve highly efficient and spontaneous photocatalytic water splitting.
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