Efficient photocatalytic overall water splitting for hydrogen evolution and CO2 reduction with SiCP4 allotrope monolayers

单层 光催化 光催化分解水 分解水 吉布斯自由能 材料科学 制氢 纳米技术 化学物理 化学 热力学 催化作用 物理 生物化学 有机化学
作者
Yi-tong Yin,Chuan‐Lu Yang,Xiaohu Li,Yuliang Liu,Wenkai Zhao
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:654: 159440-159440
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159440
摘要

Two-dimensional metal-free photocatalysts are catching the attention of researchers. Here, we present several allotrope SiCP4 monolayers with high stability, high carrier mobility, and excellent photocatalytic performance. Using a searching method based on the universal structure predictor evolutionary xtallography, together with assessing the energy and thermodynamic stabilities, and matching the potentials of band edges with the photocatalytic conditions for achieving overall water splitting, we successfully identify 5 highly favorable configurations (including the previously reported one) from a pool of 1056 allotrope SiCP4 monolayers. The results show that the largest solar-to-hydrogen efficiency of the considered monolayers can reach 21.89 %, while a high mobility of 2.7677 × 105 cm2 V−1 s−1 is observed, both are superior to those of the previously reported one. The Gibbs free energies for hydrogen or oxygen evolutions, and CO2 reduction reactions indicate they are thermodynamically feasible. Moreover, the hydrogen evolution reaction can proceed spontaneously with two allotrope SiCP4 monolayers. Therefore, the newfound allotrope SiCP4 monolayers are expected to have potential applications in the field of photocatalytic water splitting for hydrogen generation and carbon dioxide reduction.

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