Khawla CHAOUI
- chaoui.khawla@univ-guelma.dz
Thesis title
Thesis title (Ar)
Thesis title (Fr)
keywords
keywords (Ar)
keywords (Fr)
Abstract
Two-dimensional materials have garnered significant attention for their exceptional properties and diverse applications, particularly in photovoltaics, photocatalysis, and electronics. This thesis investigates the potential of 2D materials and van der Waals heterostructures to improve energy conversion efficiency in photocatalytic water splitting and photovoltaic applications. Specifically, it explores novel 2D Janus materials, including GeSnX2 and its quaternary derivatives, as well as BX/GeC (X = P, As) and InN/PtSSe heterostructures, focusing on the development of Z-scheme systems to optimize photocatalytic and photovoltaic performance.
Employing first-principles calculations based on density functional theory and hybrid functionals, the study examines the structural, electronic, and optical properties of these systems. It also investigates the effects of strain and stacking configurations on stability and efficiency. The results reveal that the proposed Janus materials and heterostructures exhibit tunable band gaps and enhanced charge separation, making them promising candidates for solar energy conversion.
This research advances the understanding of 2D material-based heterostructures, offering valuable insights into the design and optimization of next-generation photocatalysts and solar cells.
Abstract (Ar)
حازت المواد ثنائية الأبعاد على اهتمام كبير بفضل خصائصها الاستثنائية وتطبيقاتها المتنوعة، خاصة في مجالات مثل الخلايا الكهروضوئية، التحفيز الضوئي، والإلكترونيات. يستكشف هذا البحث إمكانات المواد ثنائية الأبعاد والهياكل غير المتجانسة ذات قوى فان دير فالز في تحسين كفاءة عمليات تحويل الطاقة، وبالتحديد في تطبيقات التحفيز الضوئي لتقسيم المياه وتطبيقات الخلايا الكهروضوئية.
يركز البحث على مواد Janus ثنائية الأبعاد الجديدة، بما في ذلك GeSnX₂ ومشتقاتها الرباعية، بالإضافة إلى الأنظمة غير المتجانسة مثل BX/GeC (X = P, As) وInN/PtSSe، مع التركيز على تطوير أنظمة Z-scheme لتحسين الأداء في التحفيز الضوئي والخلايا الكهروضوئية.
وباستخدام حسابات المبادئ الأولى المعتمدة على نظرية الكثافة الوظيفية والدوال الهجينة، يفحص هذا العمل الخصائص التركيبية والإلكترونية والبصرية لهذه المواد. كما يتم دراسة تأثيرات الإجهاد والتكديس على استقرار وكفاءة هذه الأنظمة. وتُظهر النتائج أن المواد المقترحة غير المتجانسة ومواد Janus تقدم فجوات نطاق قابلة للضبط وقدرة محسنة على فصل الشحنات، مما يجعلها مرشحة واعدة لتحويل الطاقة الشمسية.
يساهم هذا العمل في تعزيز فهم الأنظمة غير المتجانسة المستندة إلى المواد ثنائية الأبعاد، ويقدم رؤى قيمة لتصميم وتحسين المحفزات الضوئية والخلايا الشمسية للجيل القادم.
Abstract (Fr)
Les matériaux bidimensionnels ont suscité un intérêt croissant en raison de leurs propriétés exceptionnelles et de leurs applications diverses, notamment dans les domaines du photovoltaïque, de la photocatalyse et de l'électronique. Cette thèse explore le potentiel des matériaux 2D et des hétérostructures de van der Waals pour améliorer l'efficacité des processus de conversion d'énergie, en particulier pour la séparation de l'eau par photocatalyse et les applications photovoltaïques. Elle se concentre sur des matériaux Janus 2D novateurs, tels que GeSnX2 et ses dérivés quaternaires, ainsi que les hétérostructures BX/GeC (X = P, As) et InN/PtSSe, avec un accent particulier sur le développement de systèmes en Z-scheme pour optimiser la performance photocatalytique et photovoltaïque.
En utilisant des calculs de premiers principes basés sur la théorie de la fonctionnelle de densité et des fonctionnelles hybrides, cette étude analyse les propriétés structurales, électroniques et optiques de ces matériaux. Elle examine également les effets de la contrainte et des configurations d'empilement sur leur stabilité et efficacité. Les résultats révèlent que les matériaux Janus proposés et les hétérostructures offrent des bandes interdépendantes ajustables et une séparation de charge améliorée, les positionnant comme des candidats prometteurs pour la conversion de l'énergie solaire.
Ce travail contribue à l'avancement de la compréhension des hétérostructures basées sur des matériaux 2D, offrant des perspectives précieuses pour la conception et l'optimisation de photocatalyseurs et de cellules solaires de nouvelle génération.
Scientific publications
Khawla Chaoui, Warda Elaggoune, Kamel Zanat. "Understanding the potential of 2D Janus GeSnX2 and its quaternary derivatives XGe-SnY (X, Y = P, As, X ≠ Y) for photocatalytic overall water splitting." International Journal of Hydrogen Energy, Volume 91, 19 November 2024, Pages 1221-1231.
Scientific conferences
COMMUNICATIONS INTERNATIOANLES:
1- "Theoretical prediction of electronic and optical properties of haft-hydrogenated TlN monolayer for optoelectronic devices", ICSAR2022: 1st International Conference on Scientific and Academic Research on 10-13 December in 2022 at Konya/Turkey.
2- " Ab-initio study of electronic, optical, and elastic properties of CsPbI3 perovskite.", WIATM’23: 6th International Conference on the World of Technology and Advanced Materials on 23 and 24 October 2023 at Batna/Algeria.
3-" Tuning the electronic and optical properties of Two-dimensional SnSe2 by biaxial strain for optoelectronic applications.", ICIRMN 2023: 1st International Conference on Innovation Research in Materials and Nanotechnology on 29th to 30th November 2023 at Ghardaia/Algeria.
COMMUNICATIONS NATIOANLES:
1- "Study of structural , electronic and optical properties of the stable SiS2 and SiSe2 under biaxial strain: First-principles prediction." , 3rdNCAPC23: 3rd National Conference on Applied Physics & Chemistry on March 12th &13th, 2023 at Laghouat/Algeria.
2- "Computational study of photocatalysts for water splitting hydrogen production: two-dimensional InSe monolayer.", CAPS2023: Computational and Applied Physics Symposium 2023 on May 10th 2023 at Khemis-Miliana/Algeria.