A type-II GaN/InS van der Waals heterostructure with high solar-to-hydrogen efficiency of photocatalyst for water splitting

异质结 材料科学 光电子学 范德瓦尔斯力 单层 分解水 带隙 半导体 光催化 光催化分解水 纳米技术 化学 分子 生物化学 催化作用 有机化学
作者
Hui Qiao,Yan Zhang,Zheng-Hua Yan,Li Duan,Lei Ni,Jibin Fan
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:604: 154602-154602 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154602
摘要

Constructing heterostructure is a feasible way to look for powerful photocatalysts for water decomposition. Here, the monolayers GaN and InS are selected to construct the heterostructure, and the structure stability, electronic properties, Barder charge, optical performance and solar-to-hydrogen (STH) efficiency are details calculated by first-principle calculations. The results show that the GaN/InS van der Waals (vdW) heterojunction is a semiconductor with an indirect bandgap and has an inherent type-II band alignment, which can effectively separate photo-generated carriers and enhance their lifetime. The band edge positions of GaN/InS vdW heterostructure meet the requirement of photocatalyst to overall split water. Moreover, the charge density indicates that GaN monolayer is negatively charged while InS monolayer is positively charged. The interface of GaN/InS vdW heterojunction generates a built-in electric field pointing from InS to GaN, which can suppress the recombination of photogenerated electron-hole pair. Furthermore, the GaN/InS vdW heterostructure has more excellent optic performance in the visible region and fascinating STH efficiency, effectively improving solar energy utilization. These interesting properties render the GaN/InS vdW heterostructure high-efficiency photocatalysts for decomposing water. We also believe that the investigation of such vdW heterostructures has a significant meaning for the prediction and improvement of photocatalyst efficiency, as well as provides effective guidance for future applications of photoelectronic devices.
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