Designing SnS/MoS2 van der Waals heterojunction for direct Z-scheme photocatalytic overall water-splitting by DFT investigation

异质结 分解水 范德瓦尔斯力 光催化 光催化分解水 电场 材料科学 带隙 化学物理 化学 光电子学 物理 分子 催化作用 量子力学 生物化学 有机化学
作者
Xiaofang Jia,Jinlong Wang,Yue Lu,Jiaming Sun,Yang Li,Yuyan Wang,Junying Zhang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (35): 21321-21330 被引量:14
标识
DOI:10.1039/d2cp02692a
摘要

Construction of direct Z-scheme photocatalytic heterojunctions with an internal electric field has been proposed as an outstanding method to achieve efficient utilization of solar energy for photocatalytic overall water-splitting. In this work, the properties of van der Waals (vdW) heterojunctions formed by group-IV mono-chalcogenides (MXs) (M = Ge, Sn; X = S, Se, Te) and MoS2 are systematically studied by first-principles calculations, including the vdW binding energy, the direction of an internal electric field and the electronic structure. The results predict that GeS/MoS2, GeSe/MoS2 and SnS/MoS2 vdW heterojunctions are potential direct Z-scheme water-splitting photocatalysts with appropriate band alignments, a wide light absorption range and low effective charge-carrier mass. Furthermore, the hydrogen evolution reaction (HER) and the oxygen evolution reaction (OER) activities of the heterojunctions as photocatalysts are predicted. The results indicate that SnS/MoS2 with the Sn vacancy has a low Gibbs free energy of the HER (0.06 eV), and MoS2 with the S edge can offer OER active sites. This study provides a theoretical basis for the further design and preparation of a new two-dimensional overall water-splitting photocatalyst, which is conducive to the development of efficient two-dimensional photocatalysts in the field of clean energy.
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