Investigation of photocatalytic performance of GaN-WSSe under vertical strain

Abstract

The utilization of mechanical strain is an essential way to modify and optimize the physical properties of materials, possibly making them usable for a variety of applications, including nanoelectronics and renewable energy sources. Hydrogen production through water splitting (has been proposed as a promising solution to the today’s global energy crisis. Therefore, there is a great demand for exploring low-cost and efficient photocatalysts for this process. We studied the electronic and structural properties, and band alignment of WSSe/graphene-like GaN (gGaN) heterostructure. Our results reveal that the band alignment of the AA-stacked WSSe/g-GaN heterostructure satisfies the water redox potentials at a pH of 7. In order to investigate the effect of regulation on these two heterostructures, out of plane strain ranging from -2% to 2% is utilized. The results demonstrate that adding strain will improve the photocatalytic characteristics notably, which were assessed depending on the valence and conduction band edge potentials.

Mekanik gerinim uygulaması, malzemelerin fiziksel özelliklerini ayarlamak ve optimize etmek için çok önemli bir tekniktir. Bu uygulama sayesinde malzemeler yenilenebilir enerji kaynakları ve nanoelektronik dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için potansiyel olarak yararlı olmaktadır. Su ayırma yoluyla hidrojen üretimi, enerji krizine umut verici bir çözüm olarak önerilmektedir. Bu nedenle, bu işlem için düşük maliyetli ve verimli fotokatalizörlerin keşfedilmesi için literatürde büyük ölçüde talep bulunmaktadır. Bu çalışmada WSSe/grafen benzeri GaN (g-GaN) heteroyapısının elektronik özellikleri, yapısal özellikleri ve bant hizalaması araştırılmıştır. Sonuçlarımız, AA yığınlı WSSe/g-GaN heteroyapısının bant hizalamasının, pH7'de su redoks potansiyellerini karşıladığını ortaya koymaktadır. Düzenlemenin bu iki heteroyapı üzerindeki etkisini araştırmak için %-2 ile %2 arasında değişen düzlem dışı gerinim uygulanmıştır. Sonuçlar heteroyapıya gerinim uygulanmasının değerlik ve iletim bandlarının redoks potansiyellerine göre sıralanması ile fotokatalitik özelliklerin artıracağını göstermektedir.