Unraveling the Emerging Photocatalytic, Thermoelectric, and Topological Properties of Intercalated Architecture MZX (M = Ga and In; Z = Si, Ge and Sn; X = S, Se, and Te) Monolayers

单层 自旋电子学 热电效应 带隙 材料科学 密度泛函理论 光催化 凝聚态物理 分解水 热电材料 纳米技术 光电子学 物理 化学 计算化学 催化作用 量子力学 生物化学 铁磁性
作者
Rui Xiong,Xiangbin Chen,Yinggan Zhang,Zhou Cui,Jiansen Wen,Cuilian Wen,Jiong Wang,Bo Wu,Baisheng Sa
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:39 (44): 15837-15847 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.3c02636
摘要

The continuous advancements in studying two-dimensional (2D) materials pave the way for groundbreaking innovations across various industries. In this study, by employing density functional theory calculations, we comprehensively elucidate the electronic structures of MZX (M = Ga and In; Z = Si, Ge, and Sn; X = S, Se, and Te) monolayers for their applications in photocatalytic, thermoelectric, and spintronic fields. Interestingly, GaSiS, GaSiSe, InSiS, and InSiSe monolayers are identified to be efficient photocatalysts for overall water splitting with band gaps close to 2.0 eV, suitable band edge positions, and excellent optical harvest ability. In addition, the InSiTe monolayer exhibits a ZT value of 1.87 at 700 K, making it highly appealing for applications in thermoelectric devices. It is further highlighted that GaSnTe, InSnS, and InSnSe monolayers are predicted to be 2D topological insulators (TIs) with bulk band gaps of 115, 54, and 152 meV, respectively. Current research expands the family of 2D GaGeTe materials and establishes a path toward the practical utilization of MZX monolayers in energy conversion and spintronic devices.

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