Enhanced photocatalytic activity of the direct Z-scheme black phosphorus/BiOX (X = Cl, Br, I) heterostructures

文献情報

出版日 2021-08-11
DOI 10.1039/D1CP02124A
インパクトファクター 3.676
著者

Sheng Tian, Yu-Feng Ding, Meng-Qiu Cai, Lang Chen, Chak-Tong Au, Shuang-Feng Yin


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要旨

Bismuth oxyhalides (BiOX), as a typical photocatalytic material, have attracted much attention due to their unique layered structure, non-toxicity and excellent stability. However, the photocatalytic performance of BiOX is limited by their weak light absorption ability and rapid recombination of photo-generated carriers. In the present work, first-principles calculations have been performed to comprehensively explore the structural, electronic and optical properties of black phosphorus (BP)/BiOX (X = Cl, Br, I) heterostructures, revealing the inherent reasons for their enhanced photocatalytic performance. By combining band structures and work function analysis, the migration paths of photo-generated electrons and holes are obtained, proving a direct Z-scheme photocatalytic mechanism in BP/BiOX heterostructures. Moreover, the BP/BiOX heterostructures have decent band edge positions, which are suitable for photocatalytic overall water splitting. Compared with single BiOX, the light absorption performance of BP/BiOX heterostructures is significantly improved, in which BP/BiOI exhibits the highest optical absorption coefficient among the BP/BiOX heterostructures. Meanwhile, the better carrier migration performance of the BP/BiOX heterostructures is attributed to the reduction in effective mass. The present work offers theoretical insight into the application of BP/BiOX heterostructures as prominent photocatalysts for water splitting.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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