Indirect Z-scheme hydrogen production photocatalyst based on two-dimensional GeC/MoSi2N4 van der Waals heterostructures

分解水 光催化分解水 光催化 制氢 异质结 可见光谱 带隙 电子 吸收(声学) 材料科学 化学 物理 催化作用 量子力学 光电子学 有机化学 复合材料 生物化学
作者
Liang Xu,Ying Zhang,Zongle Ma,Tong Chen,Chengjun Guo,Chengang Wu,Haotian Li,Xin Huang,Shuaihao Tang,Lingling Wang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:48 (48): 18301-18314 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.01.332
摘要

The stacked two-dimensional materials with suitable band gap are crucial for photocatalytic hydrogen production. Here, using first-principles calculations, the GeC/MoSi2N4 heterojunction with a band gap of 1.80 eV is calculated thoroughly. The indirect band alignment of Z-scheme and high carrier mobility boost the separation of electron-hole pairs, allowing more electrons and holes participating in the reactions. Additionally, the band-edge potential perfectly satisfies the requirements for redox potential of water splitting. Furthermore, the Gibbs free energy (−0.552 eV) close to zero indicates the heterojunction can conduct HER exceedingly well, providing a guarantee for photocatalytic hydrogen production. Remarkably, the light absorption coefficient peak is about 1.39 × 105 cm−1 within the visible light range enables the heterojunction to absorb more visible light from the spectrum. In short, results demonstrate the GeC/MoSi2N4 heterojunction is a promising photocatalyst for visible light water splitting, which will pave the way for the development of water splitting hydrogen production.
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