Bifunctional g-GaN/Si9C15 S-scheme heterojunction for efficient photocatalytic hydrogen evolution and photodetector

双功能 光催化 异质结 光电探测器 材料科学 光电子学 制氢 化学 纳米技术 催化作用 生物化学 有机化学
作者
Enling Li,Yanbo Dong,Zhen Cui,Yang Shen,Deming Ma,Zhihao Yuan,Kunqi Yang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:658: 159851-159851
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159851
摘要

S-scheme heterojunctions are commonly applied in optoelectronic devices and photocatalytic materials to achieve effective charge separation and enhance photocatalytic activity. In this study, the electronic, optical, and electrical behaviors as well as the photocatalytic water splitting performance of the g-GaN/Si9C15 S-scheme heterojunction have been researched using first-principles. The results suggest that the g-GaN/Si9C15 heterojunction is energetically, thermally, and dynamically stable. The g-GaN/Si9C15 heterojunction belongs to the S-scheme photocatalyst with the g-GaN as the oxidant and the Si9C15 as the reductant, and its band edge positions cross the standard water oxidation and reduction potentials. The g-GaN/Si9C15 heterojunction has a power conversion efficiency of 11.03 % and a large carrier mobility of 20.98 × 103 cm2 V−1 s−1. The small overpotential of 0.076 V is favorable for the occurrence of the hydrogen evolution reaction, and the oxygen evolution reaction of the g-GaN/Si9C15 heterojunction can spontaneously proceed when U = 1.23 V. The g-GaN/Si9C15 heterojunction exhibits a large solar-to-hydrogen efficiency of 25.58 %. Moreover, the g-GaN/Si9C15 heterojunction has a high photocurrent and a large extinction ratio. In conclusion, the g-GaN/Si9C15 heterojunction holds potential applications in photocatalytic water splitting and photodetector.
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