First-principles study of direct Z-scheme GaS/WTe2 van der Waals heterostructure as photocatalyst for water splitting

光催化 异质结 范德瓦尔斯力 材料科学 分解水 化学物理 物理 凝聚态物理 纳米技术 化学 量子力学 分子 催化作用 生物化学
作者
Changxin Wan,Wei Yan,Chun-Sheng Liu,Lan Meng,Xiaohong Yan
出处
期刊:Physica B-condensed Matter [Elsevier BV]
卷期号:682: 415882-415882
标识
DOI:10.1016/j.physb.2024.415882
摘要

The effective separation of charge carriers and the redox capacity for water splitting are two crucial factors that influence photocatalysis. Here, we studied the photocatalytic properties of GaS/WTe2 van der Waals heterostructure (vdWH) using first-principle calculations. The results show that this heterostructure acts as a direct Z-scheme with GaS as the water oxidation photocatalyst and WTe2 as the water reduction photocatalyst. Photogenerated charge carriers are efficiently separated, with electrons in GaS combining with holes in WTe2, while other charge carriers with high redox ability remain in the respective materials for water splitting. More importantly, the heterostructure exhibits excellent performance in all acid and alkali solutions (pH 0–14) and has strong light absorption in the ultraviolet (UV) and visible region. The power conversion efficiency(PCE) reaches 19.73%. This work reveals that GaS/WTe2 heterostructure is a highly promising material for photocatalytic water splitting.
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