Photocatalytic hydrogen evolution reaction with high solar-to-hydrogen efficiency driven by the Sb2S3 monolayer and RuI2/Sb2S3 heterostructure with solar light

单层 异质结 材料科学 光催化 化学 光电子学 纳米技术 催化作用 有机化学
作者
Fei Wang,Chuan‐Lu Yang,Mei‐Shan Wang,Xiao‐Guang Ma
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:532: 231352-231352 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231352
摘要

The feasibility and solar-to-hydrogen efficiency (ηSTH) of the photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) with the Sb2S3–P21/m monolayer and RuI2/Sb2S3–P3m1 heterostructure are investigated by employing the first-principles calculations. The Sb2S3 monolayers with P21/m and P3m1 space groups are identified and the stabilities are confirmed. The band edges of the Sb2S3–P21/m monolayer can but those of the P3m1 one cannot straddle the oxidation and reduction potentials for the HER of the water-splitting to produce hydrogen. Therefore, we construct a RuI2/Sb2S3–P3m1 heterostructure that can drive the HER for hydrogen generation with the Z-scheme. The maximum ηSTH of the Sb2S3–P21/m monolayer can reach 17.51% under +5% biaxial strains, while that of the RuI2/Sb2S3–P3m1 heterostructure can reach 9.45% under +9% biaxial strains. The Gibbs free energy change (ΔGH) is used to assess the feasibility of HER. The preferable H-adsorbed sites are identified, and the corresponding ΔGHs are 1.037–1.425 eV for the Sb2S3–P21/m monolayer and 1.233–2.132 eV for the RuI2/Sb2S3–P3m1 heterostructure. Therefore, the present Sb2S3 monolayers can be achieved to drive HER for hydrogen generation from overall water splitting, especially the Sb2S3–P21/m one demonstrating high solar-to-hydrogen conversion efficiency.
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