Improved Carrier Separation and Recombination by Ferroelectric Polarization in the CuBiP2Se6/C2N Heterostructure: A Nonadiabatic Molecular Dynamics Study

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作者
Xingxing Jiang,Jieyao Tan,Dongyu Liu,Yexin Feng,Ke‐Qiu Chen,Run Long,A. S. Vasenko
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 2867-2875
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.4c00404
摘要

The rapid recombination of photogenerated carriers heavily restricts the photocatalytic efficiency. Here, we propose a new strategy to improve catalytic efficiency based on the ferroelectric van der Waals heterostructure (CuBiP2Se6/C2N). Combining density functional theory and the nonadiabatic molecular dynamics (NAMD) method, we have systematically analyzed the ground-state properties and carrier dynamics images in the CuBiP2Se6/C2N heterostructure. Our calculations showed that the ferroelectric polarization of CuBiP2Se6 provides the internal driving force for the photogenerated carriers separation. NAMD results demonstrate that the excited-state carrier transfer and recombination processes in the CuBiP2Se6/C2N are consistent with a type II mechanism. Meanwhile, constructing the ferroelectric heterostructure can effectively prolong the carrier lifetime, from ∼65.98 to ∼124.54 ps. Moreover, the high quantum efficiency and tunable band edge positions mean that the CuBiP2Se6/C2N heterostructure is an excellent potential candidate material for photocatalytic water splitting.
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