Two-dimensional AlN/g-CNs van der Waals type-II heterojunction for water splitting

异质结 范德瓦尔斯力 分解水 材料科学 类型(生物学) 化学物理 化学 纳米技术 凝聚态物理 物理 量子力学 光电子学 光催化 生物 分子 催化作用 生物化学 生态学
作者
Liang Xu,Jianhua Tao,Bin Xiao,Feilong Xiong,Zongle Ma,Jian Zeng,Xin Huang,Shuaihao Tang,Lingling Wang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (5): 3969-3978 被引量:5
标识
DOI:10.1039/d2cp05230j
摘要

A type-II van der Waals heterojunction photocatalyst is not only an ideal material for hydrogen production by water splitting, but also an important way to improve efficiency and produce low-cost clean energy. In this work, we unexpectedly found that monolayers of AlN and C2N, g-C3N4, and C6N8 all formed type-II heterojunctions according to density functional theory, and we report a comparison of their photocatalytic performance. Among them, the AlN/C2N heterojunction has an appropriate band gap value of 1.61 eV for visible light water splitting. It has higher carrier mobility than the AlN/g-C3N4 heterojunction (electron 253.1 cm2 V-1 s-1 > 31.6 cm2 V-1 s-1 and hole 11043.4 cm2 V-1 s-1 > 524.7 cm2 V-1 s-1), and an absorption peak similar those of monolayer C2N in visible light (8 × 104 cm-1) and monolayer AlN in ultraviolet light (11 × 104 cm-1). The Bader charge shows that the charge transfer number of the AlN/g-C3N4 heterojunction is higher than that of the AlN/C2N heterojunction, and its Gibbs free energy (-0.22 eV) is smaller than that of single-layer g-C3N4 (-0.30 eV). The AlN/C6N8 heterojunction also has a perfect band gap of 2.16 eV and an absorption peak of over 10 × 104 cm-1 in the UV region. Since a type-II heterojunction can effectively promote the separation of photogenerated electron-hole pairs and prevent their rapid recombination, the above heterojunctions are promising candidates for new photocatalysts.
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