New Janus structure photocatalyst having widely tunable electronic and optical properties with strain engineering

材料科学 杰纳斯 分解水 带隙 密度泛函理论 半导体 混合功能 光电子学 光催化 接受者 光催化分解水 直接和间接带隙 单层 纳米技术 凝聚态物理 计算化学 化学 催化作用 物理 生物化学
作者
Sri Kasi Matta,Ting Liao,Salvy P. Russo
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:155: 142-147 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.12.076
摘要

Photoelectrochemical water splitting using solar energy, generating oxygen and hydrogen is one of the clean fuel production processes. Inspired by surface-dependent characteristics of Janus structures, a newly designed Janus monolayer Silicon Phosphorous Arsenide (SiPAs) was analyzed with Density Functional Theory (DFT) methods. Hybrid exchange-correlation functional (HSE06) combined with Wannier90-based analysis for electronic and optical properties of SiPAs reveals that it can act as a photocatalyst. SiPAs show an indirect bandgap of 1.88 eV, absorbing visible light range is 350 to 500 nm. The phonon spectrum confirms dynamic stability. The exciton binding energy is computed with GW/BSE methods. The electronic band edge positions are at -5.75 and -4.43 eV, perfectly straddling the water redox potentials. Interestingly the strain application modifies the bandgap and also non-homogenously widens the absorption band. A novel range of photocatalyst designs with Group IV-V elements with great promise for water-splitting, photovoltaic, and narrow bandgap semiconductor (optoelectronics) applications may be feasible.
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