Proposed Photosynthesis Method for Producing Hydrogen from Dissociated Water Molecules Using Incident Near-Infrared Light

材料科学 红外线的 光催化 分解水 光催化分解水 带隙 光电子学 太阳能 光化学 电子能带结构 化学物理 化学 光学 物理 凝聚态物理 催化作用 生态学 有机化学 生物 生物化学
作者
Xingxing Li,Zhenyu Li,Jinlong Yang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:112 (1) 被引量:352
标识
DOI:10.1103/physrevlett.112.018301
摘要

Highly efficient solar energy utilization is very desirable in photocatalytic water splitting. However, until now, the infrared part of the solar spectrum, which constitutes almost half of the solar energy, has not been used, resulting in significant loss in the efficiency of solar energy utilization. Here, we propose a new mechanism for water splitting in which near-infrared light can be used to produce hydrogen. This ability is a result of the unique electronic structure of the photocatalyst, in which the valence band and conduction band are distributed on two opposite surfaces with a large electrostatic potential difference produced by the intrinsic dipole of the photocatalyst. This surface potential difference, acting as an auxiliary booster for photoexcited electrons, can effectively reduce the photocatalyst's band gap required for water splitting in the infrared region. Our electronic structure and optical property calculations on a surface-functionalized hexagonal boron-nitride bilayer confirm the existence of such photocatalysts and verify the reaction mechanism.
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