Strain-tunable electronic and optical properties in two dimensional GaSe/g-C3N4 van der Waals heterojunction as photocatalyst for water splitting

异质结 材料科学 范德瓦尔斯力 单层 带隙 双层 光电子学 吸收(声学) 光催化 纳米技术 化学 分子 复合材料 生物化学 催化作用 有机化学
作者
Biao Wang,Guangzhao Wang,Hongkuan Yuan,Anlong Kuang,Junli Chang,Yuhong Huang,Hong Chen
出处
期刊:Physica E-low-dimensional Systems & Nanostructures [Elsevier]
卷期号:118: 113896-113896 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.physe.2019.113896
摘要

Abstract Restacking diverse two dimensional (2D) nanosheets into a bilayer van der Waals (vdW) heterojunction opens up a promising platform for designing high performance photocatalyst. In this work, by employing HSE06 hybrid functional, we have systematically studied the electronic and optical properties of GaSe/g-C3N4 bilayer heterojunction, whose different layers with a interlayer spacing of 3.49 A at equilibrium are bound together through the vdW interaction. Our computations indicate that the GaSe/g-C3N4 heterostructure, whose bandedge positions can stride over the redox levels of water and bandgap is much smaller than that of GaSe monolayer, is suitable for photocatalytic water splitting. By applying strains in the range from 6% pressure to 6% tension, these bandgaps of GaSe/g-C3N4 heterojunction can be narrowed to the range of 1.70–2.84 eV. Particularly, GaSe/g-C3N4 heterojunction with 6% tension, whose conduction band minimum (CBM) and valence band maximum (VBM) are situated at different slabs, can realize the efficient separation of electron–hole pairs. Meanwhile, GaSe/g-C3N4 heterojunction with 6% tension, whose bandgap decreases to 2.31 eV, can make the utmost of the sunlight. In contrast with GaSe and g-C3N4 monolayers, the distinct red shifts of optical absorption appear in GaSe/g-C3N4 heterojunctions with 6% tension, which results in the narrowing of the bandgaps. Even in the VIS region about 460 nm, there is an absorption peak in the optical absorption spectrum of GaSe/g-C3N4 heterojunctions with 6% tension. Therefore, GaSe/g-C3N4 heterojunctions should have promising applications as photocatalysts for water decomposition to generate hydrogen.
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