Suppr超能文献

利用密度泛函理论设计新型太阳能水分解适用材料

Toward the Design of New Suitable Materials for Solar Water Splitting Using Density Functional Theory.

作者信息

Harb Moussab, Cavallo Luigi

机构信息

KAUST Catalysis Center, Physical Sciences and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Thuwal 23955-6900, Saudi Arabia.

出版信息

ACS Omega. 2018 Dec 24;3(12):18117-18123. doi: 10.1021/acsomega.8b02884. eCollection 2018 Dec 31.

Abstract

We report key results of a systematic computational investigation using density functional theory along with the two standard Perdew-Burke-Ernzerhof and hybrid Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE06) exchange-correlation formalisms on essential fundamental parameters for solar energy conversion of a series of large, medium, and small selected (covalent, binary, and ternary) materials widely utilized in fuel cells, photocatalysis, optoelectronics, photovoltaics, and dye-sensitized solar devices such as BN, AlN, C, ZrO, NaTaO, BiTiO, ZnS, GaN, SrTiO, TiO, BiTiO, SiC, WO, TaON, ZnSe, BiVO, CuNbO, CdS, AlP, ZnTe, GaP, CuO, AlAs, TaN, BP, CdSe, SnWO, GaAs, CdTe, and Si. Our calculations highlight that the optoelectronic and redox parameters computed with HSE06 reproduce with very good accuracy the experimental results, thanks to precise electronic structure calculations. Applying this first-principle quantum methodology led us to provide a rational design of new suitable solid solution materials for visible light-driven photochemical water splitting. This valuable computational tool will be applied to predict promising candidates to be experimentally prepared and tested for solar-to-chemical energy conversion.

摘要

我们报告了一项系统计算研究的关键结果,该研究使用密度泛函理论以及两种标准的交换关联泛函,即佩德韦-伯克-恩泽霍夫(Perdew-Burke-Ernzerhof)泛函和杂化的海德-斯库塞里亚-恩泽霍夫(Heyd-Scuseria-Ernzerhof,HSE06)泛函,对一系列在燃料电池、光催化、光电子学、光伏以及染料敏化太阳能器件中广泛应用的大、中、小型(共价、二元和三元)材料进行太阳能转换基本参数的计算。这些材料包括氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、碳(C)、氧化锆(ZrO)、钽酸钠(NaTaO)、铋钛氧化物(BiTiO)、硫化锌(ZnS)、氮化镓(GaN)、钛酸锶(SrTiO)、二氧化钛(TiO)、铋钛氧化物(BiTiO)、碳化硅(SiC)、氧化钨(WO)、氮氧化钽(TaON)、硒化锌(ZnSe)、钒酸铋(BiVO)、铌酸铜(CuNbO)、硫化镉(CdS)、磷化铝(AlP)、碲化锌(ZnTe)、磷化镓(GaP)、氧化铜(CuO)、砷化铝(AlAs)、氮化钽(TaN)、磷化硼(BP)、硒化镉(CdSe)、钨酸锡(SnWO)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)和硅(Si)。我们的计算结果表明,由于精确的电子结构计算,采用HSE06泛函计算得到的光电和氧化还原参数能够非常准确地重现实验结果。应用这种第一性原理量子方法,我们为可见光驱动的光化学水分解设计了新型合适的固溶体材料。这个有价值的计算工具将用于预测有望通过实验制备和测试的太阳能-化学能转换候选材料。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/5202/6643520/1ea1306978ba/ao-2018-02884u_0001.jpg

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