Direct Z-scheme MoSTe/g-GeC heterostructure for photocatalytic water splitting: A first-principles study

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作者
Deming Ma,Huan Li,Jiahao Wang,Jinchi Hu,Xiaoyu Yang,Yuhui Fu,Zhen Cui,Enling Li
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:51: 1216-1224 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.11.051
摘要

In this paper, based on the first-principle calculations of hybrid density functional theory, the MoSTe/g-GeC of the Z-scheme heterostructure is constructed. The stability, electronic properties, optical absorption properties, and photocatalytic mechanism of the heterostructure is investigated. The band structure of MoSTe/g-GeC heterostructure is staggered, and the bandgap is 0.47 eV. The built-in electric field from g-GeC to MoSTe, with a size of 1.03 eV. The optical absorption coefficient of MoSTe/g-GeC heterostructures is significantly higher than that of MoSTe and g-GeC layer. When pH ranges from 0 to 7, the reduction reaction occurs in g-GeC layer, and the oxidation reaction occurs in the MoSTe layer. In the MoSTe/g-GeC heterostructure under different stresses, the band structure is arranged in a staggered manner. Importantly, under tensile strain, the bandgap of MoSTe/g-GeC heterostructure can be changed from the indirect into a direct bandgap. The bandgap of heterostructure decreases under the strain. In addition, the analysis of the photocatalytic mechanism shows that the redox reaction of the MoSTe/g-GeC heterostructure occurs on the layer with strong redox ability, and their light absorption ability is significantly enhanced compared to single-layers, which effectively improves the photocatalytic properties. It's a potential high-efficiency photocatalytic materials for direct Z-scheme heterostructure.
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