Theoretical study on the electronic structure, optical and photocatalytic properties of type-II As/CdO van der Waals heterostructure

异质结 范德瓦尔斯力 材料科学 光催化 带隙 光电子学 从头算 电子能带结构 可见光谱 直接和间接带隙 吸收边 电子 凝聚态物理 化学 物理 分子 生物化学 有机化学 量子力学 催化作用
作者
Anwar Ali,Jian‐Min Zhang,Ismail Shahid,Iltaf Muhammad,Iqtidar Ahmad,Fazal Kabir
出处
期刊:Physica E-low-dimensional Systems & Nanostructures [Elsevier BV]
卷期号:134: 114888-114888 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.physe.2021.114888
摘要

Recently, van der Waals (vdW) heterostructures have attracted extensive research interest due to their extraordinary properties and potential applications in photovoltaic and photocatalytic devices. Here, we propose As/CdO vdW heterostructure with compelling optical and photocatalytic properties which has been studied by means of first-principles calculations. The stability of the heterostructure is verified by calculating the binding energy and ab-initio molecular dynamics simulations. We demonstrate that the As/CdO vdW heterostructure possesses a direct band gap of about 1.96 eV with type-II (staggered) band alignment, which can effectively reduce the recombination of photogenerated electron-hole pairs. Compared with two isolated parts, As/CdO vdW heterostructure shows suitable band edge positions and high absorption efficiency in the visible and ultraviolet light regions, making it a good candidate for optical devices and photocatalytic water splitting. The calculated higher carrier mobility of holes and electrons along the armchair direction are 932.510 cm2 V−1 s−1 and 90.808 cm2 V−1 s−1, respectively. Biaxial strain can modulate the electronic structure and optical characteristics of As/CdO vdW heterostructure. In particular, compressive strain shows robust type-II band alignment and improve the optical performance of As/CdO vdW heterostructure in the visible light region. Our results are beneficial for designing optoelectronic and photocatalytic devices.

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