Promoting Water Activation by Photogenerated Holes in Monolayer C2N

离解(化学) 单层 分子 活化能 光化学 光催化 化学物理 化学 分解水 价带 材料科学 带隙 催化作用 纳米技术 物理化学 光电子学 生物化学 有机化学
作者
Pengfei Gao,Lili Zhang,Cen‐Feng Fu,Yunzhe Tian,Xiangyang Li,Xingxing Li,Jinlong Yang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (15): 3332-3337 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c00765
摘要

In photocatalytic reactions, the activation of H2O is very important for achieving high energy conversion efficiency. However, its activation mechanism under photoirradiation is still not fully understood. Here, on the basis of first-principles calculations, the role of photogenerated holes on the activation of H2O is investigated in a typical photocatalytic material C2N. The H2O molecule adsorbs at the six-membered N pore of C2N with a dual H-bonding configuration. Due to the electrostatic repulsion between the O atom of H2O and six N atoms of C2N, the energy level of the H2O molecule's highest occupied molecular orbital is raised significantly to exceed the valence band maximum of C2N, so that the photogenerated holes in C2N can be quickly captured by the H2O molecule. The captured photogenerated holes boost the activation of H2O and reduce the dissociation energy barrier from 1.61 to 0.69 eV. Besides, p-type defects of C2N have similar effects as photogenerated holes.
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