凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2022年1月2日
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标题: 基于第一性原理的过渡金属掺杂WSe$_{2}$单层在光催化水分解中的研究
标题: First Principles Investigation of Transition Metal Doped WSe$_{2}$ Monolayer for Photocatalytic Water Splitting
摘要: 光催化水分解作为一种可再生能源来源,是有限化石燃料的有前途的替代方案。 从太阳能到氢能的转换效果主要依赖于材料。 以前,研究人员研究了不同的TMD,如WS$_{2}$和 PdSe$_{2}$。 这些材料在某些方面表现良好,例如强吸附稳定性和对HER的有希望的能力,然而,它们的带隙仍然不理想。 在本文中,我们研究了一种新的TMD材料WSe$_{2}$,该材料目前用于异质结构光催化剂。 据我们所知,这是首次评估使用过渡金属掺杂的WSe$_{2}$作为光催化水分解的潜在光催化剂。 使用第一性原理计算,我们评估了原始WSe2以及Cr、Mo、Ta和Re掺杂的WSe$_{2}$的带隙和其他光催化能力。 与之前研究的TMD材料相比,我们新研究的三种材料(未掺杂、Mo掺杂和Ta掺杂的WSe$_{2}$)表现出更理想的带隙,接近理想值(1.23eV);我们材料的带边位置也更接近H$^{+}$/H$_{2}$的理想还原电位和O$_{2}$/H$_{2}$O的氧化电位。 此外,Mo和Ta掺杂的WSe$_{2}$单层发生放热过程,表明稳定的单层结构。 在三种选定的材料中,未掺杂的WSe$_{2}$表现出最强的水吸附能力。 我们的结果证实了原始的、钼掺杂的和铬掺杂的 WSe$_{2}$作为水分解的潜在光催化剂。
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