“Edge/Basal Plane Half-Reaction Separation” Mechanism of Two-Dimensional Materials for Photocatalytic Water Splitting

分解水 光催化 硫系化合物 光催化分解水 析氧 试剂 材料科学 催化作用 光化学 基面 化学 光电子学 物理化学 结晶学 生物化学 有机化学 电极 电化学
作者
Yiran Ying,Zezhou Lin,Haitao Huang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (3): 1416-1423 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c02811
摘要

Two-dimensional (2D) materials are long considered as potential candidates for photocatalytic water splitting, but their applications are limited by high electron–hole recombination probability, low solar-to-hydrogen (STH) efficiencies, or "catalyst poisoning" issues. Herein, we propose an "edge/basal plane half-reaction separation" mechanism of 2D photocatalysts for water splitting with superior photocatalytic efficiency. As a proof-of-concept, we design a group of stable and potentially exfoliable 2D rhodium chalcogenide halide (RhXY, X = S, Se, Te; Y = Cl, Br, I) photocatalysts with band gap values from 1.93 to 2.71 eV and suitable band edges. The half-reactions for photocatalytic water splitting, i.e., hydrogen/oxygen evolution reaction (HER/OER), prefer to happen on the edge and basal planes of RhXY, respectively, and RhSCl, RhSeCl, and RhSeBr can also trigger HER and OER simultaneously without sacrificial reagents or cocatalysts. This work paves the way for the rational design of 2D photocatalysts with spatially separated half-reactions.
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