Mechanism of photocatalytic water splitting of 2D WSeTe/XS2 (X = Hf, Sn, Zr) van der Waals heterojunctions under the interaction of vertical intrinsic electric and built-in electric field

电场 光催化 范德瓦尔斯力 异质结 光催化分解水 分解水 材料科学 带隙 载流子 化学物理 化学 物理 光电子学 分子 催化作用 量子力学 生物化学 有机化学
作者
Jiameng Cao,Xianbin Zhang,Shihan Zhao,Shuqian Wang,Jiahao Cui
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:599: 154012-154012 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154012
摘要

Finding photocatalytic materials with high hydrogen production efficiency is an effective way to solve the problem of the energy crisis. We use density functional theory (DFT) to predict the 2D WSeTe/XS2 (X = Hf, Sn, Zr) van der Waals (vdW) heterojunctions as the potential direct Z-scheme heterojunction photocatalysts and discuss the mechanism of photocatalytic water splitting under the interaction of vertical intrinsic electric field and built-in electric field. The WSeTe/XS2 heterojunctions have large band-edge staggered alignment, small interlayer bandgap, and good interlayer carrier recombination, which predict the direct Z-scheme charge transfer path formation. Meanwhile, the small bandgap of the 2D WSeTe/XS2 direct Z-scheme heterojunctions enables it to obtain a wide light absorption range. The built-in electric field from WSeTe to XS2 changes the charge transfer mode of the heterojunction and improves the separation efficiency of photo-generated carriers, and the vertical intrinsic electric field not only improves the hydrogen evolution reaction (HER) ability but also reduces the bandgap limitation of photocatalytic materials. In this paper, the 2D WSeTe/XS2 heterojunctions show significant advantages as photocatalytic materials, providing unique insights for researching and developing this kind of heterojunction.
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