Electronic, Optical, piezoelectric properties and photocatalytic water splitting performance of Two-dimensional group IV-V compounds

杰纳斯 单层 等结构 压电 光催化分解水 带隙 光催化 材料科学 激子 分解水 群(周期表) 吸收边 电子结构 化学 结晶学 计算化学 光电子学 纳米技术 晶体结构 凝聚态物理 有机化学 物理 复合材料 催化作用
作者
Peng Wu,Junwen Zhong,Zengying Ma,Yanghong Yu,Xueqian Xia,Bowen Song,Tao Zhou,Yucheng Huang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:627: 157317-157317 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.157317
摘要

Using first-principles calculations, we predicted the physical properties and property-guided potential applications of group IV-V compound MX2 (M = Si, Ge, Sn; X = N, P, As) and its Janus structure MXY (X ≠ Y), which are isostructural to the synthesized compound SiP2. We demonstrated that 8 out of 18 monolayers are stable in thermodynamics, dynamics, and mechanics. Electronic calculations showed that these monolayers are semiconducting with optimal bandgaps ranging from 0.99 to 2.33 eV. The calculated piezoelectric coefficients d11 for the MX2 and MXY monolayers are in the range from 8.0 to 26.9 pm/V. Moreover, our results showed that these 2D materials have suitable band edge positions, excellent solar absorption, moderate exciton binding energies, and fair light conversion rates, rendering them potential application in photocatalytic water splitting. Our results may be instructive for the design, synthesis, and applications of group IV-V compounds for the future electronic, optoelectronic devices, and hydrogen producing materials.
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