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Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 20106 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Zweidimensionale (2D) Van-der-Waals-Heterostrukturen (vdW), die durch vertikale Anordnung zweier verschiedener Schichten hergestellt werden, haben im photokatalytischen Wasserdissoziationsprozess große Aufmerksamkeit erregt. Hier schlagen wir eine neuartige 2D/2D-vdW-Heterobischicht bestehend aus Siliziumkarbid (SiC) und Aluminiumnitrid (AlN) als spannenden Photokatalysator für Umwandlungsreaktionen von Solarenergie in Wasserstoff unter Verwendung von First-Principles-Rechnungen vor. Bemerkenswert ist, dass die Heterostruktur eine inhärente Typ-II-Bandorientierung aufweist, wobei die fotogenen Löcher und Elektronen in der SiC-Schicht bzw. der AlN-Schicht räumlich getrennt sind. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die SiC/AlN-Heterostruktur eine geeignete Bandlücke von 2,97 eV einnimmt, die die kinetischen Überpotentiale der Wasserstoffproduktionsreaktion und der Sauerstoffproduktionsreaktion überbrückt. Wichtig ist, dass das eingebaute elektrische Feld an der Grenzfläche, das durch erhebliche Ladungsübertragung entsteht, die Rekombination von Trägern verhindert und die photokatalytische Leistung weiter verbessert. Die Heterostruktur weist ein breites Absorptionsprofil auf, das vom ultravioletten bis zum nahen Infrarotbereich reicht, während die Intensität der Absorption bis zu 2,16 × 105 cm−1 erreicht. Darüber hinaus moduliert die äußere Spannung effektiv die optische Absorption der Heterostruktur. Diese Arbeit bietet einen faszinierenden Einblick in die wichtigen Merkmale der SiC/AlN-Heterostruktur und liefert nützliche Informationen zum experimentellen Design einer neuartigen vdW-Heterostruktur für die durch Sonnenenergie angetriebene Wasserdissoziation mit überlegener Effizienz.

Die Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff durch solarenergieinduzierte photokatalytische Wasserspaltung ist eine der günstigsten Methoden zur Deckung des zukünftigen Energiebedarfs1,2,3. Um jedoch ein leistungsstarkes wasserspaltendes Photokatalysesystem zu entwickeln, ist ein Material mit geeigneter Bandlücke, hervorragender Trägertrennung für eine effektive Oberflächenaktivität und geeigneten Redoxpotentialen für einen reibungslosen Ablauf der Redoxreaktion sowie photochemischer und umweltbedingter Stabilität erforderlich Freundlichkeit und kommerzielle Machbarkeit3,4. Aufgrund dieser Anforderungen an die Halbleitermaterialien als wirksame Photokatalysatoren und ihrer Bedeutung für den Wasserdissoziationsprozess wurde auf diesem Gebiet umfangreiche Forschung betrieben. Fujishima und Honda waren die ersten, die 19725 über die durch Sonnenenergie angetriebene Wasserdissoziation über TiO2 berichteten. Nach ihrer bahnbrechenden Arbeit wurden große Anstrengungen unternommen, um effiziente photokatalytische Materialien und eine beträchtliche Anzahl von Photokatalysatoren zu untersuchen, darunter konjugierte Polymere6,7,8, Oxyhalogenide9, Es wird über Oxynitride10, Metallchalkogenide und Metalloxide11,12,13 usw. berichtet. Dennoch wird die praktische Anwendbarkeit dieser Materialien durch ihre höhere Elektron-Loch-Rekombinationsrate und das schlechte Absorptionsprofil im sichtbaren Bereich stark eingeschränkt14. In diesem Zusammenhang standen in letzter Zeit zweidimensionale (2D) Materialien im Rampenlicht wegen ihrer Fähigkeit zur photokatalytischen Wasserspaltung, darunter geschichtete Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs)15, Janus-TMDs16,17, MXene18, graphenähnliche Waben-BC3-Einzelschicht19, C3N420, Phosphoren21 usw. Obwohl sie vielversprechende physikalische und chemische Eigenschaften sowie ein extrem hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen, weisen einschichtige 2D-Materialien eine geringe Quanteneffizienz in der Photokatalyse auf, da ihre Trägerlebensdauer kürzer ist, da die photogenen Träger in einer Region verbleiben für begrenzte Zeitintervalle.

In diesem Zusammenhang wurden Van-der-Waals-Heterostrukturen (vdWHs) vom Typ II, die durch Stapeln zweier verschiedener 2D-Materialien hergestellt werden, als vielversprechende Lösung für dieses Problem vorgeschlagen22,23,24. Da 2D/2D-Typ-II-Heterobischichten eine räumliche Trennung der photoangeregten Elektronen und Löcher in zwei unterschiedlichen Schichten ermöglichen und so die Rekombination von Ladungsträgern effektiv hemmen, wird die Quanteneffizienz der Photokatalyse erheblich verbessert. Darüber hinaus können diese Heterostrukturen ihre elektronischen Bandstrukturen vermitteln, um die potenziellen Anforderungen der Umwandlungsreaktion von Sonne in Wasserstoff zu erfüllen. Das inhärente elektrische Feld erleichtert die Trennung der meisten fotogenen Ladungsträger in verschiedene Schichten der Struktur und verlängert so die Lebensdauer der fotoinduzierten Ladungsträger. Der Quanteneinschluss in den Heterostrukturen verbessert die Elektron-Elektron-Korrelation und die Bindungsenergie der Exzitonen weiter. Darüber hinaus ermöglichen 2D-vdWHs photoangeregten Elektronen und Löchern, die größtmögliche Kontaktoberfläche mit Wasser herzustellen, während gleichzeitig die Lücke zwischen Elektronen und Löchern verringert wird, wodurch die Elektron-Loch-Rekombinationsrate verringert und die photokatalytische Leistung verbessert wird25,26,27. Darüber hinaus werden die dynamischen Überpotentiale der Sauerstoff- und Wasserstoffproduktionsreaktionen aufgrund des intrinsischen Dipolmoments der vdWHs erhöht, was den photokatalytischen Wasserdissoziationsprozess zusätzlich gewährleistet.

In den letzten Jahren widmeten sich zahlreiche theoretische und experimentelle Studien der Verbesserung der katalytischen Leistung durch die Schaffung von vdWHs durch verschiedene 2D-Materialien, darunter SiC/MoS228, Phosphor/g-C3N429, InSe/SiH30, SiC/MSSe (M = Mo, W). )31, AlN/Blauphosphoren32, SiC/BS33, AlN/MX2 (MX2 = MoSe2, WS2 und WSe2)34, GaAs/SiH23, SiC/GaN35, SiC/GeC36, MoSe/AlN (GaN)37, h- BN/C2N38, CdO/CdS39 und so weiter. Insbesondere zweischichtige Heterostrukturen auf der Basis von 2D-Siliziumkarbid (SiC) haben sich als attraktive und spannende Kandidaten für eine fortgeschrittene photokatalytische Wasserzersetzungsreaktion erwiesen, was auf die hervorragenden optischen Eigenschaften, die stabile planare Struktur, die hohe thermische Belastbarkeit, die hervorragende elektrische Leitfähigkeit und die Direktheit zurückzuführen ist Bandlücken-Halbleitereigenschaften des SiC-Blechs40,41,42,43. Chemische Inertheit, ausgezeichnete Festigkeit und hohe Sättigungsmobilität der Träger der SiC-Schicht haben ihr immenses Potenzial als heterogener Katalysator aufgezeigt41,44,45. Andererseits hat graphenähnliches einschichtiges Aluminiumnitrid (AlN), ein Halbleiter mit großer Bandlücke46, als neues und klassisches 2D-III-Nitridmaterial in der Optik, Spintronik, Optoelektronik und im Substrat große Aufmerksamkeit bei Forschern erregt Anwendungen47. 2D-AlN weist eine mit der SiC-Monoschicht vergleichbare Symmetrie und Gitterparameter mit einer kleinen Fehlanpassung auf, was darauf hindeutet, dass die SiC/AlN-Heterodoppelschicht in Experimenten leicht zu realisieren ist. Jüngste Untersuchungen zeigen, dass SiC entweder durch Ultraschallbehandlung von Wurtzit-SiC48 oder durch Ersetzen des C-Atoms in einer Graphenstruktur durch ein Si-Atom43 hergestellt werden kann. Forschern ist es gelungen, mithilfe einer katalysatorfreien Carbothermie-Technik und einem Nachbeschallungsverfahren eine dünne SiC-Struktur herzustellen49. Ein neues Experiment zu echtem 2D-SiC, das erfolgreich aus SiC-Massen abgeblättert wurde, wurde kürzlich von Chabi et al.50 veröffentlicht. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass es möglich ist, hochreine Monoschichtfilme aus AlN unter Verwendung von Standardwachstumsverfahren51,52 herzustellen. Dennoch wurden Heterostrukturen, die aus geschichteten SiC- und AlN-Schichten bestehen, in der Literatur nicht analysiert, um ihr Potenzial für photokatalytische Aktivität zu bewerten. Daher lohnt es sich, das aus der SiC- und AlN-Schicht bestehende 2D/2D-vdWH anzupassen und seine photokatalytische Wasserzersetzungsleistung aufzudecken.

In diesem Artikel schlagen wir ein Typ-II-vdWH bestehend aus 2D-SiC/AlN als effizienten Photokatalysator für die Wasserdissoziation unter Verwendung von First-Principles-Berechnungen vor. Wir betrachten sechs wahrscheinliche Konfigurationen und untersuchen ihre Realisierbarkeit in der Wasserstoffproduktionsreaktion und der Sauerstoffproduktionsreaktion, indem wir strukturelle, elektronische, Grenzflächen- und optische Eigenschaften untersuchen. Die Bandkantenpositionen der SiC/AIN-Doppelschicht-Heterostruktur überspannen die Redoxreaktion der Wasserzersetzung sowohl in saurer als auch in neutraler Umgebung und realisieren die gesamte katalytische Reaktion. Das durch den erheblichen Ladungstransfer entstehende elektrische Feld an der Heterostruktur-Grenzfläche verhindert die Elektron-Loch-Rekombination und verbessert so die photokatalytische Leistung weiter. Wir untersuchten auch den Einfluss der biaxialen Spannung auf die katalytische Leistung der SiC/AlN-Heterobischicht. Alle diese Merkmale deuten auf die überlegene photokatalytische Leistung des SiC/AlN-vdWH hin und liefern Erkenntnisse für das experimentelle Design von Typ-II-2D/2D-Katalysatoren auf Basis von SiC- und AlN-Blättern.

Wir führten Ab-initio-Berechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie (DFT) durch, wie sie im MedeA VASP (Vienna ab initio Simulationspaket)53,54 verwendet wird. Die Projektor-Augmented-Wave-Potentiale (PAW) werden zur Charakterisierung der Kernelektronen verwendet55. Wir haben das von Klimeš und Mitarbeitern56,57 entwickelte optB86b-vdW van der Waals Density Functional (vdW-DF) zur Beschreibung der Austausch-Korrelations-Wechselwirkung von Elektronen in Betracht gezogen, da es die Wechselwirkung zwischen den SiC- und AlN-Schichten effektiv beschreiben kann. Die Grenzenergie der Ebene-Wellen-Basis wurde mit 500 eV angenommen. Wir haben die Brillouin-Zone mit einem \(\Gamma \)-zentrierten 24 \(\times \) 24 \(\times \) 1 Monkhorst-Pack (MP)-Gitter58 für strukturelle Relaxationen sowie Berechnungen elektronischer und optischer Eigenschaften abgetastet. Entlang der Z-Achse der Heterostrukturen wurde ein ausreichender Vakuumbereich von mehr als 15 Å verwendet, um die Wechselwirkung zwischen den beiden nachfolgenden Platten zu vermeiden. Während der strukturellen Entspannung wurden die Atompositionen und das Gitter entspannt, bis die Gesamtenergie (Kraft) auf 1 \(\times \) 10–5 eV (0,02 eVÅ−1) konvergierte.

Die optischen Eigenschaften der Systeme können anhand der frequenzabhängigen dielektrischen Funktion \(\varepsilon \left(\omega \right)={\varepsilon }_{1}\left(\omega \right)+i{\varepsilon }_{2}\left(\omega \right)\), der die lineare Reaktion eines Systems auf das elektromagnetische Feld charakterisiert. Kramers-Kronig-Beziehungen können verwendet werden, um \({\varepsilon }_{1}\) und \({\varepsilon }_{2}\) zu bestimmen. 59. Wir können den Imaginärteil innerhalb der langwelligen Grenze quantifizieren (\( q\to 0)\) in unabhängiger Teilchennäherung als:

Hier wird das Volumen der primitiven Zelle dadurch dargestellt, dass \(\Omega, {w}_{k}\) die Gewichte des K-Punkts sind, während die Spin-Entartung durch die Einführung des Faktors 2 in der Summierung beschrieben wird. Die \({\epsilon }_{vk}\) (\({\epsilon }_{ck}\))-Werte geben Energien des k-abhängigen Valenzbandes (Leitungsbandes) an, während der zellperiodische Teil der Pseudowellenfunktion ist werden durch \({u}_{vk}\) und \({u}_{ck}\) dargestellt; \({e}_{\alpha ,\beta }\) sind die Einheitsvektoren in Richtung der kartesischen Koordinatenrichtungen. Wir können den Realteil (\({\varepsilon }_{1})\) basierend auf der Kramers-Kronig-Transformation59 bestimmen:

Hier ist \(P\) der Hauptwert, während eine triviale komplexe Verschiebung (\(\eta )\) von 0,1 eingeführt wird, um den Realteil (\({\varepsilon }_{1})\) a zu glätten wenig, was für die meisten Berechnungen zulässig ist60. Das optische Spektrum des Materials kann mit der Formel berechnet werden:

wobei \(\alpha \) der Absorptionskoeffizient ist, \({\varepsilon }_{1}^{2}\) und \({\varepsilon }_{2}^{2}\) sich auf die dielektrischen Funktionen beziehen Real- bzw. Imaginärteil, \(\omega \) steht für die Kreisfrequenz, während c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist.

Die Analyse beginnt mit den elektronischen Eigenschaften der Bestandteile, der SiC-Monoschicht und der AlN-Monoschicht. Die Bandstrukturen der freistehenden SiC-Monoschicht und der AlN-Monoschicht sind in Abb. S1 dargestellt. Die freistehende SiC-Monoschicht weist halbleitende Eigenschaften mit einer indirekten Bandlücke von 2,514 eV auf. Das Valenzbandmaximum (VBM) liegt am hochsymmetrischen K-Punkt, während das Leitungsbandminimum (CBM) von isoliertem SiC am M-Punkt liegt. Das Ergebnis stimmt gut mit der Studie von Hoat et al. überein. (indirekte Bandlücke von 2,492)61 und Peng et al.35. Darüber hinaus dominiert der C-2p-Zustand im Valenzband der isolierten SiC-Monoschicht, während der überwiegende Beitrag für das Leitungsband vom Si-3p-Zustand stammt61. Auch die isolierte AlN-Monoschicht zeigt halbleitendes Verhalten. In unserer Berechnung haben wir eine indirekte Bandlücke von 2,784 eV für einschichtiges AlN erhalten. Das VBM ist am K-Punkt mit hoher Symmetrie positioniert, während das CBM der unberührten AlN-Schicht am \(\Gamma \)-Punkt liegt. Dies steht auch im Einklang mit der Literatur62,63. Darüber hinaus stammt die VBM der freistehenden AlN-Schicht hauptsächlich aus dem N-pz-Orbital, während die CBM auf N-s- und Al-s-Orbitale zurückzuführen ist63.

Die SiC/AlN-van-der-Waals-Doppelschicht-Heterostruktur (vdWBH) wird durch Abstecken der Grundzelle des Monoschicht-AlN über der Grundzelle aus 2D-SiC erreicht. Unsere Berechnung ergab Gitterkonstanten von 3,094 Å bzw. 3,126 Å für SiC und AlN, die hervorragend mit den vorherigen theoretischen und experimentellen Ergebnissen übereinstimmen46,47,50,64,65,66,67,68,69,70, 71. Dementsprechend liegt eine kleine Gitterfehlanpassung (LMM) von ~ 1,02 % zwischen den SiC- und AlN-Monoschichten vor, wie man mit der Formel \({\text{LMM }} = \left| {\frac{{{\text{a }}_{{{\text{SiC}}}} { - }{\text{a}}_{{{\text{AlN}}}} }}{{{0,5 }\times ( {{\rm a}}_{{{\text{SiC}}}} + {\text{ a}}_{{{\text{AlN}}}} {)}}}} \right| \times 100\%\ ), wobei aSiC und aAlN die optimierten Gitterkonstanten von 2D-SiC bzw. 2D-AlN sind. Diese kleine Gitterfehlanpassung legt nahe, dass die beiden verschiedenen Schichten vertikal gestapelt werden können, um die gewünschte Heterostruktur aufzubauen. Wie von Hu et al.72 berichtet, ist es vielversprechend, wenn die Heterostruktur mit einer Gitterfehlanpassung von weniger als 5 % aufgebaut wird.

Da Strukturmodifikationen zu Änderungen der physikalischen Eigenschaften führen, haben wir sechs mögliche Konfigurationen des SiC/AlN-vdWBH in Betracht gezogen, um die Auswirkung unterschiedlicher Stapelgeometrien zu analysieren. Die sechs optimierten Stapelkonfigurationen sind in Abb. 1 dargestellt und mit AA-1, AA-2, AB-1, AB-2, AC-1 und AC-2 gekennzeichnet. In der AA-1-Konfiguration sind die Al- und N-Atome der AlN-Schicht jeweils direkt über den Si- und C-Atomen der SiC-Monoschicht platziert, während das AA-2-Stapelmuster dadurch erhalten wird, dass die Al- und N-Atome direkt darüber platziert werden C- bzw. Si-Atom des 2D-SiC. Die Konfiguration AB-1 (AB-2) wird erreicht, indem das Al-Atom (N-Atom) vertikal über dem Si-Atom der SiC-Monoschicht positioniert wird, während sich das N-Atom (Al-Atom) des 2D-AlN über der Mitte des gebildeten Sechsecks befindet durch die SiC-Schicht und das C-Atom liegt direkt unter der Mitte des durch die AlN-Schicht gebildeten Sechsecks. In ähnlicher Weise erhielten wir die AC-1 (AC-2)-Konfiguration, indem wir das Al-Atom (N-Atom) direkt über dem C-Atom des 2D-SiC platzierten, während das N-Atom (Al-Atom) direkt über der Mitte des Sechsecks platziert wurde wird durch die SiC-Monoschicht gebildet und das Si-Atom befindet sich direkt unter der Mitte des durch die AlN-Schicht gebildeten Sechsecks. Unsere Struktur von SiC/AlN vdWBH ist vergleichbar mit dem von Lou und Lee26 untersuchten GeC/GaN vdW-Heteroübergang. Aufgrund ähnlicher Gitterparameter der GeC- und GaN-Schicht mit einer sehr geringen Gitterfehlanpassung von 0,63 % bildeten sie den Heteroübergang durch Stapeln der GeC-Monoschicht und der GaN-Monoschicht und betrachteten sechs ähnliche gestapelte Formen, um sein Potenzial als Photokatalysator für das Wasser zu analysieren -Splitting-Prozess. Unsere vorliegende vdWBH-Struktur ähnelt auch der ZnO/GaN-vdW-Heterostruktur 73. Aufgrund einer geringen Gitterfehlanpassung von 0,26 % konstruierten Ren et al.73 die vertikale Heterostruktur aus einschichtigem GaN und ZnO und bildeten sechs repräsentative Stapelmuster für ihre Theorie Vorhersage als Photokatalysator. Darüber hinaus betrachteten Peng et al.35 bei der Untersuchung der 2D-GaN/SiC-Doppelschicht auch die sechs wahrscheinlichsten Strukturen der GaN/SiC-Doppelschicht.

Draufsicht und Seitenansicht der SiC/AlN-Doppelschicht-Heterostruktur in den sechs betrachteten Konfigurationen: (a) AA-1, (b) AA-2, (c) AB-1, (d) AB-2, (e) AC- 1, (f) AC-2. „D“ stellt den Gleichgewichtsschichtabstand zwischen der SiC-Schicht und der AlN-Schicht dar. (g) Variation der Bindungsenergie pro Grenzflächenfläche als Funktion des Schichtabstands zwischen den SiC- und AlN-Schichten für die sechs Stapelkonfigurationen.

Um die relative Stabilität des SiC/AlN-vdWBH effizient beurteilen zu können, haben wir die Bindungsenergie (BE) der Heterostruktur mithilfe des Ausdrucks geschätzt:

Dabei steht \({E}_{SiC/AlN}\) für die Gesamtenergie des SiC/AlN vdWBH, \({E}_{SiC}\) und \({E}_{AlN}\) beziehen sich zur Energie der isolierten Monoschichten aus SiC bzw. AlN. „\(A\)“ steht für den Schnittstellenbereich. Ein negativer Wert der Bindungsenergie bedeutet, dass das System energetisch günstig ist. Es weist auch auf eine einfache Realisierung des Systems hin. Je negativer die Bindungsenergie ist, desto stabiler ist das System. Umgekehrt weist ein positiver Bindungsenergiewert auf strukturelle Instabilität hin. Die Bindungsenergiewerte der sechs Konfigurationen sind in Tabelle S1 aufgeführt. Wie die Bindungsenergien der sechs Konfigurationen vermuten lassen, sind alle Stapelmuster stabil, während die Konfiguration AA-2 die energetisch günstigste mit der minimalen Bindungsenergie ist. Die Änderung der Bindungsenergie in Bezug auf den Schichtabstand zwischen SiC- und AlN-Monoschichten ist in Abb. 1g dargestellt. Der Schichtabstand, bei dem die Bindungsenergie minimal ist, ist der optimale Schichtabstand (D). In Tabelle S1 sind die Werte des optimierten Zwischenschichtabstands für sechs Muster eingetragen. Die Stapelkonfiguration AA-2 weist den minimalen Zwischenschichtabstand zwischen der SiC- und der AlN-Schicht mit der größten negativen Bindungsenergie (dh der stabilsten Konfiguration) auf. Zwischen der SiC-Monoschicht und der AlN-Monoschicht besteht jedoch keine kovalente Bindung. Das Fehlen einer kovalenten Bindung wird durch die Berechnung der Bindungslänge zwischen den Atomen der beiden verschiedenen Schichten bestätigt. Nimmt man die AA-2-Konfiguration mit dem minimalen optimalen Schichtabstand (2,31 Å), beträgt die Summe des kovalenten Radius von Si und N 1,87 Å (1,16 + 0,71 = 1,87), während die Summe für Al- und C-Atom 2,01 Å beträgt (1,26). + 0,75 = 2,01)74. Die summierten Werte betragen weniger als 2,31 Å (bei anderen Konfigurationen beträgt der Gleichgewichtsschichtabstand mehr als 3 Å), wodurch die Möglichkeit einer kovalenten Bindung zwischen der SiC- und AlN-Schicht ausgeschlossen ist. Darüber hinaus liefert die Bindungsenergie pro Grenzflächenbereich quantitative Informationen über die Art der Wechselwirkung zwischen den beiden Schichten der Heterostruktur. Bei der stabilsten AA-2-Konfiguration beträgt die Bindungsenergie pro Grenzflächenfläche −69,9 meV/Å2, was darauf hindeutet, dass in der Heterostruktur schwache Van-der-Waals-Kräfte vorherrschen75,76. Dieses Ergebnis ist vergleichbar mit der von Ren et al.73 untersuchten ZnO/GaN-vdW-Heterostruktur. Für das energetisch günstigste AA-Muster der ZnO/GaN-vdW-Heterostruktur berichteten sie über eine Bindungsenergie von −60,77 meV/Å2 und einen Grenzflächenabstand von 2,41 Å 73 zusammen mit schwachen vdW-Wechselwirkungen in der Heterostruktur73. Nguyen et al.77 berichteten auch über eine ähnliche Bindungsenergie für die vdW-Heterostruktur aus Borphosphid/MoGe2N4 (−67,28 meV/Å2 für ihr stabilstes „Stacking-II“-Muster), jedoch mit einem größeren Zwischenschichtabstand von 3,08 Å. In diesem Zusammenhang berichteten He et al.78 über einen Zwischenschichtabstand von 2,604 Å zwischen InSe- und g-C3N4-Monoschichten für die energetisch günstigste HN1-Konfiguration, während sie die InSe/g-C3N4-Heterostruktur untersuchten, vergleichbar mit unserer AA-2-Konfiguration.

Die elektronischen Bandstrukturen der sechs Konfigurationen des SiC/AlN-vdWBH sind in Abb. 2 dargestellt, während die elektronischen Bandlücken und die relevanten VBM- und CBM-Positionen der sechs Strukturen in Tabelle S1 aufgeführt sind. Das AA-2-Muster (energetisch günstigste Konfiguration) weist eine indirekte Bandlücke von 2,97 eV auf. Das VBM befindet sich auf der \(\Gamma \)-K-Route, während das CBM am hochsymmetrischen \(\Gamma \)-Punkt platziert ist. Für unsere nachfolgenden Berechnungen haben wir uns unter den sechs Stapelkonfigurationen des SiC/AlN-vdWBH auf die AA-2-Konfiguration konzentriert, dh die stabilste Stapelkonfiguration. Um die Bandausrichtung des SiC/AlN vdWBH zu untersuchen, werden die projizierte Bandstruktur und die Zustandsdichte (DOS) der Heterostruktur (AA-2-Konfiguration) untersucht. Die projizierte Bandstruktur der Heterostruktur zusammen mit den Beiträgen der Si-, C-, Al- und N-Atome ist in Abb. 3a dargestellt. Offensichtlich dominiert das C-Atom im VBM der Heterostruktur (angedeutet durch die cybergelbe Farbe im projizierten Banddiagramm), während das CBM hauptsächlich vom N-Atom (dargestellt durch die marineblaue Farbe in der Abbildung) bereitgestellt wird bestätigt die Bildung der typischen Typ-II-Bandorientierung in der SiC/AlN-Heterostruktur. Um die Natur der elektronischen Zustände bei VBM und CBM genauer zu analysieren, wird die partielle Zustandsdichte (PDOS) des SiC/AlN vdWBH berechnet. Vergrößerte Ansichten des PDOS rund um das CBM und VBM sind in Abb. 3b bzw. c dargestellt. Offensichtlich besteht die CBM hauptsächlich aus den Np- und Ns-Zuständen, während die VBM vom Cp-Zustand dominiert wird. Dies bestätigt weiter, dass die SiC/AlN-Heterostruktur eine typische Typ-II-Bandausrichtung aufweist. Auf den Oberflächen des AlN-Blechs bzw. des SiC-Blechs sammeln sich fotogene Elektronen und Löcher an, was zu indirekten Exzitonen führt. Folglich trennt die Typ-II-Bandkonfiguration des SiC/AlN-vdWBH die fotogenen Elektronen und Löcher effektiv im realen Raum. Die Heterostruktur scheint daher ein vielversprechender Kandidat für die durch Sonnenenergie angetriebene Wasserzersetzung sowie für leistungsstarke optoelektronische Geräte zu sein, die die Elektron-Loch-Rekombination verhindern.

Elektronische Banddiagramme von sechs Stapelkonfigurationen der SiC/AlN-Van-der-Waals-Heterostruktur: (a) AA-1, (b) AA-2, (c) AB-1, (d) AB-2, (e) AC- 1, (f) AC-2. (g) Berechnete elektronische Bandlücken der sechs Konfigurationen der Heterostruktur.

(a) Projizierte Bandstruktur der SiC/AlN-Doppelschicht-Heterostruktur für die stabilste AA-2-Konfiguration mit den Beiträgen der N-, C-, Si- und Al-Atome, dargestellt durch die Farben Marineblau, Cybergelb, Grün und Himmelblau , jeweils. Vergrößerte Ansicht der partiellen Zustandsdichte (PDOS) um das (b) CBM und das (c) VBM.

Die Austrittsarbeit (\(\Phi \)) ist eine wichtige Größe, die im Allgemeinen als inhärente Referenz für die Bandausrichtung79,80 verwendet wird. Dies ist die geringste Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron vom Fermi-Energieniveau in den freien Raum zu übertragen. Zur Berechnung der Austrittsarbeit eines Halbleiters wird folgende Beziehung verwendet:

Dabei steht EFermi für die Fermi-Energie und Evakuum für die Energie eines statischen Elektrons im freien Raum nahe der Oberfläche. Die Fermi-Energie wird aus der Berechnung der elektronischen Grundzustandsstruktur bestimmt. Man kann den Wert des Vakuums aus der Darstellung des durchschnittlichen elektrostatischen Potentials für eine Oberflächenberechnung unter Verwendung eines ausreichenden Vakuums in der Elementarzelle abschätzen. Abb. S2a – c zeigt jeweils das Diagramm des durchschnittlichen elektrostatischen Potentials der SiC-Monoschicht, des AlN-Blechs und des SiC/AlN-vdWBH. Aus Ausdruck (5) haben wir die Austrittsarbeitswerte 5,06 eV, 5,38 eV und 5,31 eV für 2D-SiC-, AlN-Monoschichten bzw. SiC/AlN-vdWBH erhalten. Wenn die SiC-Schicht und die AlN-Schicht in engem Kontakt stehen, diffundieren Elektronen spontan von der SiC-Monoschicht zur AlN-Monoschicht, da das Fermi-Niveau des SiC höher ist als das von AlN. Das Fermi-Niveau von SiC verschiebt sich allmählich nach unten, während sich das Fermi-Niveau von AlN entsprechend der Zunahme der Anzahl der transportierten Elektronen nach oben verschiebt und letztendlich das gleiche Niveau im System erreicht, das für die Austrittsarbeit von 5,31 eV verantwortlich ist Heterostruktur. Abbildung S2(c) legt auch ähnliche Eigenschaften nahe, die auf die höhere potentielle Energie der SiC-Schicht im Gegensatz zur AlN-Schicht zurückzuführen sind. Daher sammeln sich positive Ladungen auf der SiC-Schicht an, während sich negative Ladungen auf der AlN-Schicht ansammeln und folglich ein eingebautes elektrisches Feld (Ei) entsteht, das von der SiC-Schicht zur AlN-Schicht gerichtet ist. Das elektrische Feld Ei stimuliert die innere Ladungsträgerdrift des SiC/AlN vdWH und schließlich wird durch die Diffusionskraft ein Gleichgewicht erreicht.

Geeignete Bandkantenpositionen des Halbleitermaterials sind entscheidend, um die photokatalytische Wasserdissoziationsreaktion auszulösen. Wir untersuchen daher die Bandkantenpositionen des SiC/AlN-vdWBH, um sein Potenzial im Prozess der Umwandlung von Solarenergie in Wasserstoff zu untersuchen. Die Bandausrichtungen der Halbleitermaterialien werden anhand der Beziehungen26,36,81 berechnet:

wobei sich EVBM und ECBM auf die VBM- bzw. CBM-Energieniveaus des Halbleiters beziehen. \({\rm \({\text{Eg}}\) ist die elektronische Bandlücke des entsprechenden Materials. Die Mulliken-Elektronegativitäten für Si-, C-, Al- und N-Atome betragen entsprechend 4,76, 6,27, 3,21 und 7,2784. Unsere Berechnung ergab die Werte von \({\rm Im Allgemeinen muss ein Halbleiter bestimmte Anforderungen erfüllen, um durch Photokatalyse Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zu erzeugen: (a) Das Energieniveau des VBM des Halbleiters muss gleich oder kleiner als –5,67 eV vom Vakuumniveau sein ( Oxidationspotential) zur Erzeugung von O2 durch Oxidationsreaktion (O2/H2O) in einer Umgebung mit pH 0. (b) Das CBM-Energieniveau sollte mindestens –4,44 eV vom Vakuum (Reduktionspotential) betragen, um durch die Reduktionsreaktion (H+/H2) bei pH 0 H2 zu erzeugen. (c) Eine elektronische Bandlücke von mindestens 1,23 eV Halbleitermaterial. (d) Das Material sollte deutliche Absorptionsspitzen im ultravioletten (UV) und sichtbaren Bereich des Sonnenenergiespektrums aufweisen, um einen Großteil der Sonnenenergie zu nutzen, und (e) ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Materials aufweisen fördern die photokatalytische Wirkung.

Die Ausrichtung der Energieniveaus für isolierte SiC-Bleche, freistehendes einschichtiges AlN und SiC/AlN vdWBH sind in Abb. 4a dargestellt. Es ist wichtig zu beachten, dass der pH-Wert der Umgebung zwangsläufig die Möglichkeit von Oxidations- und Reduktionsreaktionen beeinflusst. Das Standardreduktionspotential der Wasserstoffentwicklungsreaktion (H+/H2) kann durch die Formel Ered = −4,44 eV + pH \(\times \) 0,059 eV bestimmt werden, während das Standardoxidationspotential mithilfe der Beziehung Eox = −5,67 ermittelt werden kann eV + pH \(\times \) 0,059 eV. Die Redoxpotentiale für eine neutrale Umgebung (pH 7) wurden ebenfalls analysiert, dargestellt durch rote gepunktete Linien in Abb. 4a. Wie die CBM und VBM der SiC-Schicht und der AlN-Schicht in Abb. 4a nahelegen, reicht die Energielücke von 2D-SiC von –6,717 bis –4,203 eV, während die Energielücke von 2D-AlN von –6,222 bis –3,438 eV reicht. Die AlN-Monoschicht eignet sich für die photokatalytische Wasserspaltung sowohl in Umgebungen mit pH 0 (sauer) als auch pH 7 (neutral), die SiC-Schicht erfüllt jedoch nicht die Bedingung der Wasserspaltung in neutraler Umgebung. Dennoch reicht die Bandlücke des SiC/AlN-vdWBH von –6,622 bis –3,652 eV, was die Bedingung für die photokatalytische Wasserdissoziation sowohl in der neutralen als auch in der sauren Umgebung erfüllt. Die freistehende SiC-Schicht und die AlN-Schicht weisen nicht die Typ-II-Bandkonfiguration auf, die die Rekombination der photogenen Ladungsträger begrenzen würde, und daher kann das SiC/AlN-vdWBH ein vielversprechender Kandidat für die Photokatalyse sein, bei der die photogenen Elektronen und Löcher getrennt und induziert werden Wasserzersetzungsreaktionen zur Bildung von Sauerstoff und Wasserstoff.

(a) Bandkantenpositionen der freistehenden SiC-Schicht, der AlN-Monoschicht und der SiC/AlN-Heterostruktur. (b) Schematische Darstellung der photokatalytischen Wirkung der Van-der-Waals-Heterostruktur SiC/AlN mit der Übertragung der photogenen Träger an der Grenzfläche. VBO und CBO beziehen sich auf den Valenzband-Offset bzw. den Leitungsband-Offset.

Abbildung 4b beschreibt den Mechanismus der durch Sonnenenergie angetriebenen Wasserzersetzung im SiC/AlN-vdWH zusammen mit der Wanderung fotogenerierter Ladungsträger in der Typ-II-Bandorientierung. Wenn die Heterostruktur durch Sonneneinstrahlung beleuchtet wird und die Photonenenergie höher als der Bandlückenwert von SiC und AlN ist, beginnen angeregte Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband der SiC- und AlN-Schichten zu wandern und hinterlassen Löcher in der Valenz Band. Sobald die fotogenerierten Elektronen das Leitungsband von SiC erreichen, bewegen sie sich aufgrund der Förderung des Leitungsbandversatzes (Conduction Band Offset, CBO) in das Leitungsband von AlN. Andererseits beginnen sich aufgrund der Förderung des Valenzbandversatzes (VBO) im Valenzband erzeugte Löcher gleichzeitig von AlN nach SiC zu bewegen. Der CBO wurde mit 0,28 eV berechnet, während der VBO 0,55 eV beträgt. Dementsprechend werden photoangeregte positive und negative Ladungsträger effektiv über den Heteroübergang getrennt und nehmen an den photokatalytischen Redoxreaktionen teil. Wasserstoff wird in der AlN-Schicht erzeugt, während die Sauerstoffproduktion in der SiC-Schicht stattfindet.

Da es sich bei der HSE06-Funktion um eine bekannte Hybridfunktion handelt, die einen elektronischen Bang-Gap-Wert liefert, der dem Experiment nahekommt, haben wir auch die HSE06-Funktion für eine genauere Berechnung der elektronischen Struktur verwendet85. Das von HSE06 berechnete projizierte Banddiagramm für die AA-2-Konfiguration des SiC/AlN vdWH ist in Abb. 5a dargestellt. Unter Verwendung der HSE06-Funktion haben wir eine elektronische Bandlücke von 4,058 eV für die AA-2-Struktur erhalten. Die Beiträge von vier verschiedenen Atomen werden durch vier verschiedene Farben dargestellt. Es ist offensichtlich, dass VBM hauptsächlich vom C-Atom stammt (dargestellt durch die Farbe Cyber-Gelb), während das N-Atom im CBM dominiert (angezeigt durch die Farbe Cyber-Gelb). Somit wird die Bildung einer Typ-II-Bandausrichtung für SiC/AlN vdWBH erneut durch das von HSE06 berechnete Banddiagramm bestätigt. Darüber hinaus werden auch die relevanten Bandkantenpositionen berechnet und in Abb. 5b dargestellt. Die Bandlücke erstreckt sich von −7,169 bis −3,111 eV für das HSE06-Funktional und gewährleistet eine durch Sonnenenergie angetriebene Wasserspaltung sowohl für pH-0- als auch pH-7-Umgebungen.

(a) Projizierte Bandstruktur der SiC/AlN-Van-der-Waals-Heterostruktur (AA-2-Konfiguration), berechnet unter Verwendung der HSE06-Hybridfunktion. (b) Relevante Bandkantenpositionen der Heterostruktur, erhalten nach HSE06-Bandstrukturberechnung.

Um den Ladungsübertragungsprozess und die Ladungsverteilung zwischen der SiC-Schicht und der AlN-Schicht nach der Bildung des SiC/AlN-vdWBH zu charakterisieren, wird außerdem die Ladungsdichtedifferenz (CDD) der Heterobischicht wie folgt geschätzt:

wobei \( \Delta \rho\) die CDD der Heteostruktur ist, \({\rho}_{\text{SiC/AlN}}\), \({\rho}_{\text{AlN}}\ ) und \({\rho}_{\text{SiC}}\) stehen für die Ladungsdichte des SiC/AlN vdWBH, der freistehenden AlN-Schicht bzw. der isolierten SiC-Schicht. Abbildung 6 zeigt die CDD des SiC/AlN vdWBH. Die rote Farbe im CDD-Diagramm stellt den Bereich dar, in dem sich Ladung ansammelt, und die grüne Farbe steht für den Bereich, in dem Ladung erschöpft ist. Wie aus dem CDD-Diagramm hervorgeht, wurden Elektronen im Grenzflächenbereich angesammelt, hauptsächlich in der Nähe der AlN-Schicht, während sie hauptsächlich aus der SiC-Schicht in der SiC/AlN-Heterostruktur abgereichert wurden. Diese Eigenschaft zeigt an, dass Ladung von der SiC-Schicht auf die AlN-Schicht übertragen wird. Die Ladungsumverteilung im Grenzflächenbereich erzeugt ein inhärentes elektrisches Feld, das von der SiC-Schicht zur AlN-Schicht gerichtet ist. Dieses inhärente elektrische Feld spielt eine wesentliche Rolle bei der Trennung der fotogenen Elektronen und Löcher und der Verlängerung ihrer Lebensdauer86,87. Dieses Merkmal steht im Einklang mit den Ergebnissen des durchschnittlichen elektrostatischen Potentials in Abb. S2c.

Ein 3D-Diagramm der Ladungsdichtedifferenz der SiC/AlN-Heterobischicht, wobei Rot und Grün die Bereiche anzeigen, in denen die Ladungen akkumuliert bzw. erschöpft sind. Der Isowert beträgt 0,00286 e/Å3.

Strain Engineering gilt als effizienter Ansatz zur Veränderung des elektrischen, optischen und Transportverhaltens der Halbleiter88. Insbesondere eindimensionale und zweidimensionale Kristallformen können einer viel höheren Belastung standhalten als ihre Massenanaloga. Daher wird die biaxiale Spannung in der Ebene in das SiC/AlN-vdWBH einbezogen, um zu untersuchen, wie die Spannung in der Ebene die Bandkonfigurationen und die elektronischen Bandlücken des Heterostruktursystems beeinflusst. Die Dehnung wurde mithilfe der folgenden Beziehung auf die Heterostruktur angewendet:

Dabei beziehen sich \({a}_{strained}\) und \({a}_{relaxed}\) auf die Gitterkonstante der Heterostruktur unter biaxialer Spannung bzw. auf die Gleichgewichtsgitterkonstante, während e den Prozentsatz der angelegten Spannung bezeichnet . Die Spannung wurde biaxial auf die Heterostruktur im Bereich von −6 % bis +6 % mit einer Stufe von 2 % ausgeübt. Die gespannten Bandstrukturen mit unterschiedlichen Dehnungsprozentsätzen sind in Abb. S3 dargestellt. Abbildung 7a zeigt die Variation der elektronischen Bandlücke in Bezug auf die eingebaute prozentuale Spannung. Offensichtlich verringert die Zugspannung die Bandlücke, während die Druckspannung sie vergrößert. Wenn die Heterostruktur einer Zugspannung ausgesetzt ist, verbessert sich das Absorptionsprofil der Heterostruktur aufgrund der Verringerung der elektronischen Bandlücke vom UV- zum sichtbaren Spektrum und fördert die photokatalytische Leistung. Die energetischen Positionen von VBM und CBM, wenn das SiC/AlN-vdWBH unter biaxialer Spannung steht, sind in Abb. 7b dargestellt. Wie Abb. 7b zeigt, gewährleistet die Heterostruktur eine günstige Bandenausrichtung für die Redoxreaktion sowohl in neutralen (pH 7) als auch sauren (pH 0) Umgebungen unter Belastung im Bereich von –6 % bis 6 %. Die Position des VBM nimmt zu, während die CBM-Position bei Anwendung der Dehnung linear von –6 % auf +6 % abnimmt. Die Bandkanten befinden sich jedoch in einer geeigneten energetischen Position, um die photokatalytische Redoxreaktion zur Wasserzersetzung zu initialisieren. Diese Art der gewünschten Bandkantenausrichtung der SiC/AlN-Heterostruktur weist auf eine starke Dehnungstoleranz der durch Sonnenenergie angetriebenen Wasserzersetzungsfähigkeit hin.

(a) Variation der Bandlückenenergie der SiC/AlN-Heterobischicht (AA-2-Konfiguration) in Bezug auf die externe biaxiale Spannung, die auf die Struktur ausgeübt wird. (b) Entwicklung der Bandkantenposition der Heterostruktur für die AA-2-Konfiguration als Funktion der unterschiedlichen Prozentsätze der biaxialen Spannung.

Das Absorptionsspektrum des Materials gibt Aufschluss über die optischen Eigenschaften des Materials. Abbildung 8 zeigt das Absorptionsprofil des SiC/AlN vdWBH. Zum Vergleich ist auch der Absorptionskoeffizient seiner Bestandteile, der SiC-Monoschicht und der AlN-Monoschicht, enthalten. Die SiC/AlN-Heterostruktur zeigt eindeutig ein breites optisches Absorptionsspektrum, das vom UV- bis zum Nahinfrarotbereich (IR) reicht. Insbesondere weist die Heterostruktur einen hohen UV-Absorptionskoeffizienten auf, der bis zu 2,16 \(\times \) 105 cm−1 erreicht. Darüber hinaus weist die Heterostruktur im Vergleich zur AlN-Monoschicht eine erhebliche Verbesserung der optischen Absorption im Bereich des sichtbaren Lichts auf. Die SiC/AlN-Heterostruktur ist daher ein ausgezeichneter Absorber für Sonneneinstrahlung, der eine hocheffiziente Photokatalyseaktivität ermöglicht. Eine höhere Intensität und eine größere Anzahl von Absorptionspunkten in der Struktur führen zu einer stärkeren Photokatalysereaktion und einer erhöhten Produktion von Elektron-Loch-Paaren. Im Gegensatz dazu kann eine biaxiale Belastung der Struktur dazu führen, dass sich ihr UV-Absorptionsprofil in Richtung des sichtbaren Bereichs verschiebt, was eine effektivere Nutzung des Sonnenspektrums ermöglicht. Wir haben daher den Absorptionskoeffizienten des SiC/AlN-vdWBH berechnet, wenn die Heterostruktur einer biaxialen Spannung ausgesetzt ist. Das Absorptionsprofil der Heterostruktur unter variierender Belastung von –6 bis + 6 % ist in Abb. S4 dargestellt. Offensichtlich verbessert die Zugspannung das Absorptionsprofil für sichtbares Licht, indem sie den Absorptionskoeffizienten in diesem Bereich erhöht. Bei + 6 % Dehnung ist die visuelle Absorption im Vergleich zur ungedehnten Struktur deutlich erhöht. Dies steht im Einklang mit den Werten der elektronischen Bandlücke, wenn die Heterostruktur unter Zugspannung steht. Im Gegensatz dazu verschiebt die Druckspannung das Absorptionsspektrum in Richtung des UV-Bereichs, wobei die Größe des Absorptionskoeffizienten im sichtbaren Bereich abnimmt. Somit kann die optische Leistung des SiC/AlN-vdWBH effektiv durch Dehnungstechnik vermittelt werden, wobei die Zugspannung die Absorption des sichtbaren Spektrums des Heteroübergangs verbessert.

Optische Absorptionsspektren der SiC/AlN-Van-der-Waals-Heterostruktur (AA-2-Konfiguration) zusammen mit denen der freistehenden SiC-Monoschicht und der AlN-Monoschicht.

Das photokatalytische Potenzial der SiC/AlN-Doppelschicht-Heterostruktur wurde im Wasserzersetzungsprozess mithilfe von Ab-initio-Rechnungen eingehend untersucht. Das SiC/AlN-vdWBH besitzt eine inhärente Typ-II-Bandkonfiguration, bei der das VBM (CBM) von der SiC-Schicht (AlN-Schicht) beigetragen wird, was eine effiziente räumliche Trennung der fotogenen Träger fördert. Die Untersuchung der Bandausrichtungen zeigt, dass die Heterostruktur ausreichend große kinetische Überpotentiale aufweist, um die Redoxreaktion auszulösen und das Wasser sowohl in neutralen als auch in sauren Umgebungen in seine Bestandteile aufzuspalten. Aufgrund der Variation der Austrittsarbeitswerte werden die Bandkantenpositionen bei der Bildung der Heterostruktur erheblich verändert. Durch Licht angeregte Elektronen (Löcher) sammeln sich auf der AlN (SiC)-Schicht an. Die Sauerstofferzeugungsreaktion und die Wasserstofferzeugungsreaktion finden jeweils getrennt an der SiC-Schicht bzw. der AlN-Schicht statt. Das aufgrund des erheblichen Ladungstransports gebildete elektrische Feld an der Grenzfläche verhindert die photogene Elektron-Loch-Rekombination und verbessert so die photokatalytische Leistung weiter. Die starke optische Absorption der SiC/AlN-Heterostruktur vom UV- bis zum nahen Infrarotbereich weist auf das große Potenzial der Heterostruktur bei der Wasserdissoziation bei der Gewinnung von Sonnenenergie hin. Interessanterweise kann die Spannung die optischen Eigenschaften des vdWH beeinflussen, wobei eine Erhöhung der Zugspannung zu einer Verbesserung des Absorptionsprofils im sichtbaren Bereich führt. Das Gesamtergebnis dieser faszinierenden Merkmale unterstreicht das enorme Potenzial der SiC/AlN-vdW-Heterostruktur in der 2D-exzitonischen Photokatalyse.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Abteilung für Elektrotechnik und Biomedizintechnik, University of Nevada, Reno, NV, 89557, USA

Naim Ferdous, MD. Sherajul Islam, Jeshurun ​​Biney und Jeongwon Park

Fakultät für Elektrotechnik und Elektronik, Khulna University of Engineering and Technology, Khulna, 9203, Bangladesch

Md. Sherajul Islam

School of Physics, The University of Sydney, Sydney, NSW, 2006, Australien

Catherine Stampfl

Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Universität Ottawa, Ottawa, ON, K1N6N5, Kanada

Jeongwon-Park

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NF führte die Simulationen unter der Aufsicht von MSI und JP durch; MSI konzipierte die Arbeit; JB und CS führten die Datenkuratierung durch. Alle Autoren diskutierten, analysierten die Daten und leisteten Beiträge während der Erstellung des Manuskripts.

Korrespondenz mit Md. Sherajul Islam.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Ferdous, N., Islam, MS, Biney, J. et al. Zweidimensionale Van-der-Waals-Heterobischicht vom Typ II auf SiC/AlN-Basis als vielversprechender Photokatalysator für die gesamte Wasserdissoziation. Sci Rep 12, 20106 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24663-y

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Eingegangen: 10. Juni 2022

Angenommen: 18. November 2022

Veröffentlicht: 22. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24663-y

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