Janus PtXO (X = S, Se) monolayers: the visible light driven water splitting photocatalysts with high carrier mobilities

文献情報

出版日 2021-09-02
DOI 10.1039/D1CP02526K
インパクトファクター 3.676
著者

Haonan Shen, Yang Zhang, Guangzhao Wang, Weixiao Ji, Xiaoming Xue


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要旨

Triggered by the recent experimental synthesis of the Janus PtSSe monolayer, we use the first-principles calculations to predict two new Janus photocatalysts PtXO (X = S, Se), based on the systematic investigations of the structural stabilities, electronic structures, band alignments, catalytic activity and optical absorption. The two Janus structures are found to be mechanically, dynamically and thermodynamically stable, and have suitable band edge positions for the overall water splitting. Owing to the high electron mobility (up to 2164.95 cm2 V−1 s−1) and large disparity between the electron and hole mobilities, together with the indirect band gaps and the intrinsic dipole induced built-in electric fields, the photogenerated electrons/holes can be efficiently separated in PtXO. Moreover, the S/Se vacancy can effectively lower the free energy difference of the HER, making the catalytic reactions occur spontaneously under the potentials of photoexcited electrons and holes. Large optical absorption coefficients (105 cm−1) are also confirmed in the visible light range, and the biaxial tensile strain can further enhance the optical absorption while maintaining the capability of the overall water splitting. Our results not only propose two new Janus materials by demonstrating the possibility of experimental realization, but also indicate that PtXO are peculiar candidates for photocatalytic 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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