Two-dimensional g-GeC/PtSe2 van der Waals heterostructure: a visible light-driven direct Z-scheme photocatalyst for overall water splitting

分解水 异质结 光催化 带材弯曲 材料科学 半导体 可见光谱 光催化分解水 带隙 能量转换效率 光电子学 堆积 直接和间接带隙 纳米技术 化学 催化作用 有机化学 生物化学
作者
Yazhen Xu,Jiang-Na Han,Z.H Li,Zhenhua Zhang
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:56 (36): 365504-365504 被引量:19
标识
DOI:10.1088/1361-6463/acd64f
摘要

Abstract The vertical stacking of different two-dimensional materials to construct van der Waals heterostructures (vdWHs) opens up a promising platform for designing high-efficiency photocatalysts. Direct Z-scheme heterostructures for photocatalytic dissociation have received much attention in recent years, in which charge carriers migrate directly between two semiconductors without redox mediators. Here, the electronic and optical properties as well as the solar-to-hydrogen conversion efficiency of g-GeC/ PtSe2 vdWHs are systematically investigated, especially for their high-efficiency visible-light water splitting catalyst features. Calculations show that the g-GeC/ PtSe2 vdWH is a semiconductor with an indirect band gap of 1.356 eV, featuring a type-II band alignment. The built-in electric field E int and band bending at the interface lead to a direct Z-scheme photocatalytic structure, and photocatalytic water splitting can be realized in the pH range of 0–14. In particular, with biaxial tensile strain ϵ= 4% applied, the g-GeC/PtSe2 vdWH possesses a smaller band gap, wider visible light response range and very high STH conversion efficiency (η STH) up to 49.07%, entirely satisfying the optimal photocatalytic water splitting conditions. This work provides a new perspective for designing promising direct Z-scheme visible light water splitting catalysts with a high-efficiency solar energy conversion, beneficially to the development of clean energy.
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