Published February 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Lead-Free Halide Perovskite Cs<sub>2</sub>AgBiBr<sub>6</sub>/Bismuthene Composites for Improved CH<sub>4</sub> Production in Photocatalytic CO<sub>2</sub> Reduction

Creators

  • 1. Universidade Federal do Rio Grande do Norte
  • 2. Imperial College London
  • 3. Universidade Federal Rural do Semi-Árido

Description

CO2 photocatalytic conversion into value-added fuels through solar energy is a promising way of storing renewable energy while simultaneously reducing the concentration of CO2 in the atmosphere. Lead-based halide perovskites have recently shown great potential in various applications such as solar cells, optoelectronics, and photocatalysis. Even though they show high performance, the high toxicity of Pb2+ along with poor stability under ambient conditions restrains the application of these materials in photocatalysis. In this respect, we developed an in situ assembly strategy to fabricate the lead-free double perovskite Cs2AgBiBr6 on a 2D bismuthene nanosheet prepared by a ligand-assisted reprecipitation method for a liquid-phase CO2 photocatalytic reduction reaction. The composite improved the production and selectivity of the eight-electron CH4 pathway compared with the two-electron CO pathway, storing more of the light energy harvested by the photocatalyst. The Cs2AgBiBr6/bismuthene composite shows a photocatalytic activity of 1.49(±0.16) μmol g-1 h-1 CH4, 0.67(±0.14) μmol g-1 h-1 CO, and 0.75(±0.20) μmol g-1 h-1 H2, with a CH4 selectivity of 81(±1)% on an electron basis with 1 sun. The improved performance is attributed to the enhanced charge separation and suppressed electron-hole recombination due to good interfacial contact between the perovskite and bismuthene promoted by the synthesis method.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد تحويل ثاني أكسيد الكربون المحفز ضوئيًا إلى وقود ذي قيمة مضافة من خلال الطاقة الشمسية طريقة واعدة لتخزين الطاقة المتجددة مع تقليل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في الوقت نفسه. أظهرت بيروفسكايتات الهاليد القائمة على الرصاص مؤخرًا إمكانات كبيرة في تطبيقات مختلفة مثل الخلايا الشمسية والإلكترونيات البصرية والتحفيز الضوئي. على الرغم من أنها تظهر أداءً عاليًا، إلا أن السمية العالية لـ Pb2+ جنبًا إلى جنب مع ضعف الاستقرار في ظل الظروف المحيطة تقيد استخدام هذه المواد في التحفيز الضوئي. في هذا الصدد، قمنا بتطوير استراتيجية تجميع في الموقع لتصنيع البيروفسكايت المزدوج الخالي من الرصاص Cs2AgBiBr6 على صفيحة نانوية ثنائية الأبعاد من البزموتيني تم إعدادها بواسطة طريقة إعادة الترسيب بمساعدة الربيطة لتفاعل اختزال محفز ضوئي لثاني أكسيد الكربون في الطور السائل. أدى المركب إلى تحسين إنتاج وانتقائية مسار CH4 المكون من ثمانية إلكترونات مقارنة بمسار أول أكسيد الكربون ثنائي الإلكترون، وتخزين المزيد من الطاقة الضوئية التي يحصدها المحفز الضوئي. يُظهر مركب Cs2AgBiBr6/bismuthene نشاطًا تحفيزيًا ضوئيًا قدره 1.49(±0.16) ميكرومول g -1 h -1 CH4 و 0.67(±0.14) ميكرومول g -1 h -1 CO و 0.75(±0.20) ميكرومول g -1 h -1 H2، مع انتقائية CH4 بنسبة 81(±1 )٪ على أساس الإلكترون مع 1 شمس. يعزى الأداء المحسن إلى فصل الشحنة المحسن وإعادة تركيب ثقب الإلكترون المكبوت بسبب التلامس البيني الجيد بين البيروفسكايت والبيسموثين الذي تعززه طريقة التخليق.

Translated Description (French)

La conversion photocatalytique du CO2 en carburants à valeur ajoutée grâce à l'énergie solaire est un moyen prometteur de stocker l'énergie renouvelable tout en réduisant simultanément la concentration de CO2 dans l'atmosphère. Les pérovskites aux halogénures à base de plomb ont récemment montré un grand potentiel dans diverses applications telles que les cellules solaires, l'optoélectronique et la photocatalyse. Même s'ils présentent des performances élevées, la toxicité élevée du Pb2+ ainsi qu'une faible stabilité dans les conditions ambiantes limitent l'application de ces matériaux en photocatalyse. À cet égard, nous avons développé une stratégie d'assemblage in situ pour fabriquer la double pérovskite sans plomb Cs2AgBiBr6 sur une nanofeuille de bismuthène 2D préparée par une méthode de reprécipitation assistée par ligand pour une réaction de réduction photocatalytique du CO2 en phase liquide. Le composite a amélioré la production et la sélectivité de la voie CH4 à huit électrons par rapport à la voie CO à deux électrons, stockant plus d'énergie lumineuse récoltée par le photocatalyseur. Le composite Cs2AgBiBr6/bismuthène montre une activité photocatalytique de 1,49(±0,16) μmol g-1 h-1 CH4, 0,67(±0,14) μmol g-1 h-1 CO et 0,75(±0,20) μmol g-1 h-1 H2, avec une sélectivité en CH4 de 81(±1)% sur une base électronique avec 1 soleil. La performance améliorée est attribuée à la séparation de charge améliorée et à la recombinaison électron-trou supprimée en raison du bon contact interfacial entre la pérovskite et le bismuthène favorisé par la méthode de synthèse.

Translated Description (Spanish)

La conversión fotocatalítica de CO2 en combustibles de valor añadido a través de la energía solar es una forma prometedora de almacenar energía renovable y al mismo tiempo reducir la concentración de CO2 en la atmósfera. Las perovskitas de haluros a base de plomo han mostrado recientemente un gran potencial en diversas aplicaciones como células solares, optoelectrónica y fotocatálisis. A pesar de que muestran un alto rendimiento, la alta toxicidad de Pb2+ junto con la escasa estabilidad en condiciones ambientales restringe la aplicación de estos materiales en la fotocatálisis. En este sentido, desarrollamos una estrategia de ensamblaje in situ para fabricar la perovskita doble Cs2AgBiBr6 sin plomo en una nanohoja de bismuteno 2D preparada mediante un método de reprecipitación asistida por ligando para una reacción de reducción fotocatalítica de CO2 en fase líquida. El compuesto mejoró la producción y la selectividad de la vía de CH4 de ocho electrones en comparación con la vía de CO de dos electrones, almacenando más energía lumínica recolectada por el fotocatalizador. El compuesto Cs2AgBiBr6/bismuteno muestra una actividad fotocatalítica de 1.49(±0.16) μmol g-1 h-1 CH4, 0.67(±0.14) μmol g-1 h-1 CO y 0.75(±0.20) μmol g-1 h-1 H2, con una selectividad de CH4 de 81(±1)% sobre una base electrónica con 1 sol. El rendimiento mejorado se atribuye a la separación de carga mejorada y la recombinación electrón-hueco suprimida debido al buen contacto interfacial entre la perovskita y el bismuteno promovido por el método de síntesis.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
هاليد بيروفسكايت خالي من الرصاص Cs<sub>2</sub><sub>AgBiBr 6</sub>/مركبات البزموتيني لتحسين إنتاج CH<sub>4</sub> في الحد من ثاني أكسيد الكربون<sub></sub> التحفيزي الضوئي
Translated title (French)
Pérovskite aux halogénures sans plomb Cs<sub>2</sub>AgBiBr<sub>6</sub>/Composites de bismuthène pour une production améliorée de CH<sub>4</sub> dans la réduction du CO<sub>2</sub> photocatalytique
Translated title (Spanish)
Compuestos de perovskita Cs<sub>2</sub> AgBiBr<sub> 6/bismuteno</sub> sin haluro de plomo para mejorar la producción de CH<sub>4</sub> en la reducción fotocatalítica de CO<sub>2</sub>

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4318825804
DOI
10.1021/acsaem.2c03105

Is supplement to
https://openalex.org/W4318257494 (Other)
https://openalex.org/W4281656528 (Other)
https://openalex.org/W4200196718 (Other)
https://openalex.org/W3146270819 (Other)
https://openalex.org/W3085860626 (Other)
https://openalex.org/W2964921278 (Other)
https://openalex.org/W2914313935 (Other)
https://openalex.org/W2324528558 (Other)
https://openalex.org/W2215957462 (Other)
https://openalex.org/W2081071492 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W129643631
  • https://openalex.org/W2002848690
  • https://openalex.org/W2003353867
  • https://openalex.org/W2010487605
  • https://openalex.org/W2045473418
  • https://openalex.org/W2067923693
  • https://openalex.org/W2116382224
  • https://openalex.org/W2147167737
  • https://openalex.org/W2154265334
  • https://openalex.org/W2291518213
  • https://openalex.org/W2316489648
  • https://openalex.org/W2331077840
  • https://openalex.org/W2615453901
  • https://openalex.org/W2707075225
  • https://openalex.org/W2751326361
  • https://openalex.org/W2766085136
  • https://openalex.org/W2787324237
  • https://openalex.org/W2802238712
  • https://openalex.org/W2839891159
  • https://openalex.org/W2895042724
  • https://openalex.org/W2895759202
  • https://openalex.org/W2911353553
  • https://openalex.org/W2964539443
  • https://openalex.org/W2967979519
  • https://openalex.org/W3000013146
  • https://openalex.org/W3000274487
  • https://openalex.org/W3004684719
  • https://openalex.org/W3005625013
  • https://openalex.org/W3010077609
  • https://openalex.org/W3010364008
  • https://openalex.org/W3013072627
  • https://openalex.org/W3015148011
  • https://openalex.org/W3087178807
  • https://openalex.org/W3093432062
  • https://openalex.org/W3094119660
  • https://openalex.org/W3132324116
  • https://openalex.org/W3146855133
  • https://openalex.org/W3159658294
  • https://openalex.org/W3165072659
  • https://openalex.org/W3166664260
  • https://openalex.org/W3182100807
  • https://openalex.org/W3184022548
  • https://openalex.org/W3205029802
  • https://openalex.org/W4207032964
  • https://openalex.org/W4211231336
  • https://openalex.org/W4220969102
  • https://openalex.org/W4281261361
  • https://openalex.org/W4283586059
  • https://openalex.org/W4285018302
  • https://openalex.org/W4294564604