Zur Hauptnavigation wechseln Zur Suche wechseln Zum Hauptinhalt wechseln

Silicon diphosphide (SiP2) and silicon diarsenide (SiAs2): Novel stable 2D semiconductors with high carrier mobilities, promising for water splitting photocatalysts

  • Fazel Shojaei*
  • , Bohayra Mortazavi
  • , Xiaoying Zhuang
  • , Maryam Azizi*
  • *Korrespondierende*r Autor*in für diese Arbeit

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftArtikelForschungPeer-Review

Abstract

Two dimensional (2D) semiconducting light absorbers, have recently considered as promising components to improve the efficiency in the photocatalytic hydrogen production via water splitting. In this work, by employing density functional theory computations, we introduced novel SiX2 (X = P, As) nanosheets in tetragonal (penta-) and orthorhombic (rec-) phases, as promising light absorber semiconductors for overall water splitting. The predicted nanomembranes exhibit good mechanical, dynamical and thermal stabilities. They also show small cleavage energies in the range of 0.31 J/m2 to 0.39 J/m2, comparable to that of the graphene and thus suggesting the feasibility of their experimental exfoliation. Notably, predicted monolayers are semiconductors with indirect band gaps of 2.65 eV for penta-SiP2, 2.35 eV for penta-SiAs2, 1.89 eV for rec-SiAs2, and a direct band gap of 2.21 eV for rec-SiP2. These nanomaterials however show relatively large interlayer quantum confinement effects, resulting in smaller band gap values for bilayer lattices. We observed a huge difference between the electron and hole mobilities for penta-SiP2 and rec-SiAs2 monolayers and highly directional dependent electron and hole mobilities in rec-SiP2, yielding an effective separation of photogenerated charge carriers. Remarkably, these novel nanomembranes show strong absorption in the visible region of light as well as suitable band edge positions for photocatalytic water splitting reaction, specifically under neutral conditions.

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer100377
FachzeitschriftMaterials Today Energy
Jahrgang16
Elektronisch veröffentlicht (E-Pub)28 Jan. 2020
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - Juni 2020

UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs)

2015 einigten sich die UN-Mitgliedstaaten auf 17 globale Ziele für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs) zur Beendigung von Armut, zum Schutz des Planeten und zur Förderung des allgemeinen Wohlstands. Hiermit leisten wir einen Beitrag zu folgendem/n Ziel(en) für nachhaltige Entwicklung (SDGs):

  1. SDG 7 - Erschwingliche und saubere Energie
    SDG 7 Erschwingliche und saubere Energie

ASJC Scopus Sachgebiete

  • Erneuerbare Energien, Nachhaltigkeit und Umwelt
  • Werkstoffwissenschaften (sonstige)
  • Kernenergie und Kernkraftwerkstechnik
  • Feuerungstechnik
  • Energieanlagenbau und Kraftwerkstechnik

Dieses zitieren