Origin of High Photocatalytic Efficiency in Monolayer g-C3N4/CdS Heterostructure: A Hybrid DFT Study

单层 光催化 异质结 材料科学 费米能级 范德瓦尔斯力 载流子 密度泛函理论 电荷密度 光电子学 纳米技术 电子 计算化学 化学 催化作用 有机化学 物理 分子 生物化学 量子力学
作者
Jianjun Liu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:119 (51): 28417-28423 被引量:419
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5b09092
摘要

Graphite-like carbon nitride (g-C3N4)-based heterostructures have attracted much attention because of their prominent photocatalytic performance. However, theoretical understanding on the relationship of the interface and enhanced photocatalytic activity is still lacking. In this study, we systematically calculated energy band structure and charge transfer of the g-C3N4/CdS heterojunction using the hybrid density functional approach. The interaction between g-C3N4 and the CdS (110) surface was explored. Results indicated that g-C3N4 and CdS were in contact and formed a van der Waals heterojunction. The valence and conduction band edge positions of g-C3N4 and CdS changed with the Fermi level and formed a standard type-II heterostructure. Furthermore, density of states, Bader charge, and charge density difference indicated that the internal electric field facilitated the separation of electron–hole pair in the g-C3N4/CdS interface and restrained carrier recombination. These results demonstrated that the band structure of the g-C3N4/CdS heterojunction had significant advantages to improve photocatalytic efficiency under visible-light irradiation. Moreover, our work may be used as a basis for the design of other highly active heterostructures.
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