journal article·2021-02-26Open access

First-Principles Calculations of Exciton Radiative Lifetimes in Monolayer Graphitic Carbon Nitride Nanosheets: Implications for Photocatalysis

Michele Re Fiorentin, Francesca Risplendi, Maurizia Palummo, Giancarlo Cicero

ACS Applied Nano Materials· Volume 4· Issue 2

Abstract

In this work, we report on the exciton radiative lifetimes of graphitic carbon nitride monolayers in the triazine-based (gC3N4-t) and heptazine-based (gC3N4-h) forms, as obtained by means of ground-state plus excited-state ab initio calculations. By analyzing the exciton fine structure, we highlight the presence of dark states and show that the photogenerated electron–hole (e-h) pairs in gC3N4-h are remarkably long-lived, with an effective radiative lifetime of 260 ns. This fosters the employment of gC3N4-h in photocatalysis and makes it attractive for the emerging field of exciton devices. Although very long intrinsic radiative lifetimes are an important prerequisite for several applications, pristine carbon nitride nanosheets show very low quantum photoconversion efficiency, mainly due to the lack of an efficient e-h separation mechanism. We then focus on a vertical heterostructure made of gC3N4-t and gC3N4-h layers, which shows a type-II band alignment and looks promising for achieving net charge separation.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: 2D Materials and Applications · Advanced Photocatalysis Techniques · Perovskite Materials and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Center for Sustainable Future Technologies, Istituto Italiano di Tecnologia, via Livorno 60, Torino 10144, Italy

Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia, Politecnico di Torino, corso Duca degli Abruzzi 24, Torino 10129, Italy

Dipartimento di Fisica and INFN, Università di Roma “Tor Vergata”, via della Ricerca Scientifica 1, Roma 00133, Italy

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