Spontaneous Enhanced Visible-Light-Driven Photocatalytic Water Splitting on Novel Type-II GaSe/CN and Ga2SSe/CN vdW Heterostructures

分解水 异质结 光催化分解水 光催化 材料科学 范德瓦尔斯力 带隙 可见光谱 光化学 催化作用 纳米技术 光电子学 化学物理 化学 分子 生物化学 有机化学
作者
Wenxue Zhang,Yuefeng Yin,Cheng He
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (21): 5064-5075 被引量:127
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.1c01023
摘要

With the aggravation of environmental pollution and the energy crisis, it is particularly important to develop and design environment-friendly and efficient spontaneous enhanced visible-light-driven photocatalysts for water splitting. Herein novel type-II van der Waals (vdW) GaSe/CN and Ga2SSe/CN heterostructures are proposed through first-principles calculations. Their electronic properties and photocatalytic performance are theoretically analyzed. In particular, their appropriate band gap and band-edge position meet the requirements of the oxygen evolution reaction, and the reaction is thermodynamically feasible in most pH ranges. The unique band alignment of these heterostructured photocatalysts leads to high solar-to-hydrogen energy conversion efficiencies up to 15.11%, which has a good commercial application prospect. More excitingly, with the application of 2% biaxial strain, the smooth progress of the water-splitting reaction of the GaSe/CN and Ga2SSe/CN heterostructures can still be maintained, and the carrier mobility and optical absorption characteristics can be effectively improved. Consequently, these findings suggest that the GaSe/CN and Ga2SSe/CN vdW heterostructures have promising potentials as photocatalysts for water splitting. This work may provide a promising clue for the design of efficient and stable photocatalytic water-splitting catalysts under visible spectroscopy.

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