Rational Design of Zero-Dimensional Gold Cluster/Two-Dimensional TMD Heterostructures for Enhanced Photocatalytic and Optoelectronic Performance

异质结 单层 材料科学 光催化 光电子学 吸收(声学) 过渡金属 星团(航天器) 纳米技术 化学 计算机科学 催化作用 生物化学 程序设计语言 复合材料
作者
Xiaoning Wang,Xiang Mei,Bumaliya Abulimiti,Jingyao Ma,Wei Hu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c02192
摘要

In optoelectronic conversion technologies and photocatalytic applications, single-component materials often face limitations such as low carrier separation efficiency and restricted bandgap tunability. To overcome the limitations of single-component materials in optoelectronics and photocatalysis, we constructed 0D/2D van der Waals heterostructures (vdWHs) by loading gold clusters (Aun, n = 4, 10, and 20) onto monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs). Notably, the Au20/MoS2 vdWH exhibits Z-scheme charge transfer behavior, which promotes efficient electron-hole separation while retaining a high redox potential, thereby significantly improving its photoelectrochemical performance. Furthermore, a comparative analysis of the formation mechanisms and UV-visible absorption spectra of the Z-scheme Au20/MoS2 and conventional type-II Au20/WTe2 vdWHs reveals that Au20 loading markedly improves the light absorption capabilities of the TMD monolayers, increasing absorption by 33.62% and 18.01%, respectively. This work offers a design strategy for high-performance optoelectronic devices and demonstrates that tuning vdWH types enhances their efficiency in applications.
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