DFT investigation on direct Z-scheme photocatalyst for overall water splitting: MoTe2/BAs van der Waals heterostructure

异质结 光催化 范德瓦尔斯力 材料科学 单层 分解水 电子 带隙 光电子学 光催化分解水 化学物理 化学 纳米技术 物理 分子 生物化学 量子力学 催化作用 有机化学
作者
Moyun Cao,Lei Ni,Zhu Wang,Jian Liu,Ye Tian,Yan Zhang,Xing Wei,Tingting Guo,Jibin Fan,Li Duan
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:551: 149364-149364 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.149364
摘要

The photocatalytic efficiency of monolayer materials can be greatly improved by constructing two-dimensional van der Waals heterostructures. In this work, the electronic properties and photocatalytic mechanism of the MoTe2/BAs heterostructure with a stable structure are explored via the density functional theory. According to our results, the heterostructure, with a direct band gap value of 0.70 eV, has an intrinsic type-II band alignment that provides indispensable conditions for photocatalytic applications. The built-in electric field formed at the interface accelerates the reorganization of photogenerated holes in MoTe2 and photogenerated electrons in BAs, which results in the photogenerated electrons and holes in the heterostructure accumulate in CB of MoTe2 and VB of BAs, respectively. The spatial separation of photoexcited electrons and holes prolongs the lifespan of carriers and enhances the photocatalytic efficiency of the MoTe2/BAs heterostructure. Besides, these results demonstrate that the heterostructure possesses higher carrier mobility and a higher light absorption coefficient than two monolayers. The MoTe2/BAs heterostructure also has a remarkable solar-to-hydrogen efficiency. These distinguishing features confirm the truth that the MoTe2/BAs heterostructure has promising prospects in the sphere of photocatalysis for water splitting.
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