A direct Z-scheme g-C6N6/InP van der Waals heterostructure: a promising photocatalyst for high-efficiency overall water splitting

异质结 分解水 范德瓦尔斯力 光催化 化学 单层 电场 光电子学 化学物理 材料科学 纳米技术 物理 分子 催化作用 有机化学 量子力学 生物化学
作者
Wenna Han,Xuefeng Chen,Jia Minglei,Fengzhu Ren,Chengxiao Peng,Yang Haigang,Gu Qinfen,Bing Wang,Yin Huabing
出处
期刊:Journal of Physics D [IOP Publishing]
卷期号:55 (26): 264001-264001 被引量:30
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ac623a
摘要

Abstract An intrinsic out-of-plane electronic field can inhibit the recombination of photogenerated carriers in two-dimensional (2D) polar materials. On the other hand, a direct Z-scheme constructed from a 2D van der Waals heterostructure can not only effectively separate photogenerated carriers, but also can retain robust redox abilities. g-C 6 N 6 /InP, a direct Z-scheme heterostructure with a polarized material is successfully designed, which is verified to be available for overall water splitting through first-principles calculations. Due to the synergistic effects of intrinsic electric field and a direct Z-scheme heterostructure, hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) can simultaneously take place on the g-C 6 N 6 and InP monolayer, respectively. The predicted solar-to-hydrogen efficiency can reach 21.69%, which breaks the conventional theoretical limit of ∼18%. The suitable direction of intrinsic electronic field in the polar material can enhance the photogenerated carrier migration and redox abilities for both HER and OER. Based on these findings, the g-C 6 N 6 /InP vdW heterostructure can provide a new perspective for finding higher-efficiency Z-scheme photocatalysts with polar materials for overall water decomposition.
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