Prediction of 2D IV-V semiconductors: Flexible monolayers with tunable bandgap and strong optical absorption as water-splitting photocatalysts

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作者
Luqi Liu,Xuxin Kang,Shan Gao,Xiangmei Duan
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (20): 9123-9129 被引量:12
标识
DOI:10.1039/d3nr00276d
摘要

Seeking novel photocatalysts for water splitting is one of the tasks in developing 2D materials. In the framework of density functional theory, we predict a family of 2D pentagonal sheets called penta-XY2 (X = Si, Ge, and Sn; Y = P, As, and Sb), and modulate their properties via strain engineering. Penta-XY2 monolayers exhibit flexible and anisotropic mechanical properties, due to their low in-plane Young's modulus in the range of 19-42 N m-1. All six XY2 sheets are semiconductors with a band gap ranging from 2.07 eV to 2.51 eV, and the positions of their conduction and valence band edges match well with the reaction potentials of H+/H2 and O2/H2O, so they are suitable for photocatalytic water splitting. Under tensile/compression strains, the band gaps, band edge positions and light absorption of GeAs, SnP2 and SnAs2 could be tuned to improve their photocatalytic performance.
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