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Erschienen in: Journal of Materials Science 17/2019

28.05.2019 | Computation & theory

Two-dimensional silicon chalcogenides with high carrier mobility for photocatalytic water splitting

verfasst von: Yun-Lai Zhu, Jun-Hui Yuan, Ya-Qian Song, Sheng Wang, Kan-Hao Xue, Ming Xu, Xiao-Min Cheng, Xiang-Shui Miao

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 17/2019

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Abstract

Highly efficient water splitting based on solar energy is one of the most attractive research focuses in the energy field. Searching for more candidate photocatalysts that can work under visible-light irradiation is highly demanded. Herein, using first-principles calculations based on density functional theory, we show that the two-dimensional silicon chalcogenides, i.e., SiX (X = S, Se, Te) monolayers, as semiconductors with 2.43–3.00 eV band gaps, exhibit favorable band edge positions for photocatalytic water splitting. The optical calculations demonstrate that the SiX monolayers have pronounced optical absorption in the visible-light region. Moreover, the band gaps and band edge positions of silicon chalcogenides monolayers can be tuned by applying biaxial strain or increasing the number of layers, in order to better fit the redox potentials of water. The combined electronic properties, high carrier mobility and optical properties render the two-dimensional SiX a promising photocatalyst for water splitting.

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Literatur
14.
Zurück zum Zitat Chang Kwon K, Choi S, Lee J et al (2017) Drastically enhanced hydrogen evolution activity by 2D to 3D structural transition in anion-engineered molybdenum disulfide thin films for efficient Si-based water splitting photocathodes. J Mater Chem A 5:15534–15542. https://doi.org/10.1039/C7TA03845C CrossRef Chang Kwon K, Choi S, Lee J et al (2017) Drastically enhanced hydrogen evolution activity by 2D to 3D structural transition in anion-engineered molybdenum disulfide thin films for efficient Si-based water splitting photocathodes. J Mater Chem A 5:15534–15542. https://​doi.​org/​10.​1039/​C7TA03845C CrossRef
67.
Zurück zum Zitat Ding Y, Wang Y (2013) Density functional theory study of the silicene-like SiX and XSi3 (X = B, C, N, Al, P) honeycomb lattices: the various buckled structures and versatile electronic properties. J Phys Chem C 117:18266–18278. https://doi.org/10.1021/jp407666m CrossRef Ding Y, Wang Y (2013) Density functional theory study of the silicene-like SiX and XSi3 (X = B, C, N, Al, P) honeycomb lattices: the various buckled structures and versatile electronic properties. J Phys Chem C 117:18266–18278. https://​doi.​org/​10.​1021/​jp407666m CrossRef
Metadaten
Titel
Two-dimensional silicon chalcogenides with high carrier mobility for photocatalytic water splitting
verfasst von
Yun-Lai Zhu
Jun-Hui Yuan
Ya-Qian Song
Sheng Wang
Kan-Hao Xue
Ming Xu
Xiao-Min Cheng
Xiang-Shui Miao
Publikationsdatum
28.05.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 17/2019
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-019-03699-y

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