First-Principles Calculations on Two-Dimensional Au6X2 (X = S, Se, or Te) Nanostructures for Device and Photocatalytic Applications

纳米结构 光催化 材料科学 纳米技术 化学 催化作用 生物化学
作者
Yuan Tian,Lei Gao,Yufei Xue,Weina Ren,Xuxia Shai,Hua Bai,Chunhua Zeng,Hua Wang
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (11): 12848-12858
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c01360
摘要

Two-dimensional (2D) transition-metal chalcogenides have been widely regarded due to their diverse properties and promising prospects in nanodevices and energy applications. In this paper, 2D group 11 chalcogenides (monolayer Au6X2, X = S, Se, or Te) with strain-induced indirect-to-direct band gap transitions and visible-light-driven overall water-splitting photocatalysts are predicted based on first-principles calculations. Au6X2 monolayers are semiconductors with band gaps ranging from 1.22 to 1.63 eV. Interestingly, strain-induced indirect-to-direct band gap transitions can be achieved in Au6X2 monolayers via enhancing in-plane interactions manipulated by reducing the height between chalcogens and the Au6 layer. Moreover, Au6Se2, SAu6Se, and SAu6Te have appropriate band edge levels and excellent optical absorptions, which are suitable for visible-light-driven overall water splitting. Notably, SAu6Te with a significant Janus-induced potential difference, which promotes the separation of photogenerated carriers and thus improves the efficiency of water splitting, still satisfies the conditions for visible-light-driven overall water splitting under −4∼4% uniaxial and biaxial strains. Our findings suggest that Au6X2 monolayers are potential materials for photoelectronic devices and photocatalytic applications.
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