A Highly Efficient Bi2O2Se/Bi2WO6 S-Scheme Heterojunction Photocatalyst for Solar Water Splitting: A First-Principles Study

光催化 分解水 异质结 制氢 光伏系统 材料科学 太阳能 化学 光电子学 催化作用 电气工程 生物化学 工程类 有机化学
作者
Sheng‐Rui Jian,Qingquan Xiao,Jin Huang,Jianfeng Ye,Liqin Zhang,Linjun Xu,Quan Xie
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (35): 23761-23771 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c02996
摘要

Two-dimensional (2D) S-scheme heterojunctions have garnered significant interest, owing to their remarkable redox capability and excellent potential in solar energy harvesting. In the work, a 2D/2D S-scheme heterojunction consisting of monolayer Bi2O2Se and Bi2WO6 was designed, and its performance in photocatalytic water splitting was comprehensively investigated using first-principles calculations. The results reveal that the Bi2O2Se/Bi2WO6 heterojunction features well-aligned electronic band structures and generates an intrinsic built-in electric field directed from Bi2O2Se toward Bi2WO6. The internal electric field promotes effective charge separation via the S-scheme mechanism, significantly reducing carrier recombination and improving the dissociation of photogenerated electron-hole pairs. Furthermore, Gibbs free energy calculations indicate that solar energy can drive spontaneous water splitting of the Bi2O2Se/Bi2WO6 heterojunction. Owing to its efficient S-scheme charge migration and strong light-harvesting capability across a wide spectral range, the Bi2O2Se/Bi2WO6 heterojunction exhibits an impressive solar-to-hydrogen (STH) conversion efficiency that reaches 23.48%. These findings demonstrate that the Bi2O2Se/Bi2WO6 S-scheme heterojunction is a highly promising and stable photocatalyst for efficient solar-driven hydrogen production.
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