Published October 16, 2023
| Version v1
Publication
Cs<sub>3</sub>Bi<sub>2</sub>Br<sub>9</sub>/g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub> Direct Z-Scheme Heterojunction for Enhanced Photocatalytic Reduction of CO<sub>2</sub> to CO
Creators
- 1. Imperial College London
- 2. University of Oulu
- 3. Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Description
Lead-free halide perovskite derivative Cs3Bi2Br9 has recently been found to possess optoelectronic properties suitable for photocatalytic CO2 reduction reactions to CO. However, further work needs to be performed to boost charge separation for improving the overall efficiency of the photocatalyst. This report demonstrates the synthesis of a hybrid inorganic/organic heterojunction between Cs3Bi2Br9 and g-C3N4 at different ratios, achieved by growing Cs3Bi2Br9 crystals on the surface of g-C3N4 using a straightforward antisolvent crystallization method. The synthesized powders showed enhanced gas-phase photocatalytic CO2 reduction in the absence of hole scavengers of 14.22 (±1.24) μmol CO g–1 h–1 with 40 wt % Cs3Bi2Br9 compared with 1.89 (±0.72) and 5.58 (±0.14) μmol CO g–1 h–1 for pure g-C3N4 and Cs3Bi2Br9, respectively. Photoelectrochemical measurements also showed enhanced photocurrent in the 40 wt % Cs3Bi2Br9 composite, demonstrating enhanced charge separation. In addition, stability tests demonstrated structural stability upon the formation of a heterojunction, even after 15 h of illumination. Band structure alignment and selective metal deposition studies indicated the formation of a direct Z-scheme heterojunction between the two semiconductors, which boosted charge separation. These findings support the potential of hybrid organic/inorganic g-C3N4/Cs3Bi2Br9 Z-scheme photocatalyst for enhanced CO2 photocatalytic activity and improved stability.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
وجد مؤخرًا أن مشتق البيروفسكايت الخالي من الرصاص Cs3Bi2Br9 يمتلك خصائص إلكترونية ضوئية مناسبة لتفاعلات تقليل ثاني أكسيد الكربون التحفيزية الضوئية مع Co. ومع ذلك، يجب إجراء المزيد من العمل لتعزيز فصل الشحن لتحسين الكفاءة الإجمالية للمحفز الضوئي. يوضح هذا التقرير تخليق وصلة هجينة غير عضوية/عضوية غير متجانسة بين Cs3Bi2Br9 و g - C3N4 بنسب مختلفة، يتحقق ذلك من خلال زراعة بلورات Cs3Bi2Br9 على سطح g - C3N4 باستخدام طريقة تبلور مباشرة مضادة للمذيبات. أظهرت المساحيق المصنعة انخفاضًا محسنًا في ثاني أكسيد الكربون المحفز ضوئيًا في الطور الغازي في غياب كاسحات الثقوب من 14.22 (±1.24) ميكرومول CO g -1 h -1 مع 40 ٪ بالوزن Cs3Bi2Br9 مقارنة بـ 1.89 (±0.72) و 5.58 (±0.14) ميكرومول CO g -1 h -1 لـ g - C3N4 و Cs3Bi2Br9 النقي، على التوالي. أظهرت القياسات الكهروكيميائية الضوئية أيضًا تحسنًا في المادة المركبة Cs3Bi2Br9 بنسبة 40 ٪ بالوزن، مما يدل على تعزيز فصل الشحنة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت اختبارات الثبات ثباتًا هيكليًا عند تكوين وصلة غير متجانسة، حتى بعد 15 ساعة من الإضاءة. أشارت دراسات محاذاة بنية النطاق والترسيب الانتقائي للمعادن إلى تكوين وصلة غير متجانسة مباشرة لمخطط Z بين أشباه الموصلات، مما عزز فصل الشحنة. تدعم هذه النتائج إمكانات المحفز الضوئي الهجين العضوي/غير العضوي g - C3N4/Cs3Bi2Br9 Z - scheme لتعزيز نشاط التحفيز الضوئي لثاني أكسيد الكربون وتحسين الاستقرار.Translated Description (French)
Il a récemment été découvert que le dérivé de pérovskite halogénure sans plomb Cs3Bi2Br9 possède des propriétés optoélectroniques adaptées aux réactions photocatalytiques de réduction du CO2 au CO. Cependant, des travaux supplémentaires doivent être effectués pour stimuler la séparation des charges afin d'améliorer l'efficacité globale du photocatalyseur. Ce rapport démontre la synthèse d'une hétérojonction hybride inorganique/organique entre Cs3Bi2Br9 et g-C3N4 à différents rapports, obtenue en faisant croître des cristaux de Cs3Bi2Br9 à la surface de g-C3N4 à l'aide d'une méthode simple de cristallisation d'antisolvant. Les poudres synthétisées ont montré une réduction accrue du CO2 photocatalytique en phase gazeuse en l'absence de piégeurs de trous de 14,22 (±1,24) μmol CO g–1 h–1 avec 40 % en poids de Cs3Bi2Br9 par rapport à 1,89 (±0,72) et 5,58 (±0,14) μmol CO g–1 h–1 pour g-C3N4 et Cs3Bi2Br9 purs, respectivement. Les mesures photoélectrochimiques ont également montré un photocourant amélioré dans le composite Cs3Bi2Br9 à 40 % en poids, démontrant une séparation de charge améliorée. De plus, les tests de stabilité ont démontré une stabilité structurelle lors de la formation d'une hétérojonction, même après 15 h d'illumination. L'alignement de la structure de la bande et les études de dépôt métallique sélectif ont indiqué la formation d'une hétérojonction directe du schéma Z entre les deux semi-conducteurs, ce qui a stimulé la séparation des charges. Ces résultats confirment le potentiel du photocatalyseur hybride organique/inorganique à schéma Z g-C3N4/Cs3Bi2Br9 pour améliorer l'activité photocatalytique du CO2 et la stabilité.Translated Description (Spanish)
Recientemente se ha descubierto que el derivado de perovskita de haluro sin plomo Cs3Bi2Br9 posee propiedades optoelectrónicas adecuadas para reacciones fotocatalíticas de reducción de CO2 a CO. Sin embargo, se necesita realizar más trabajo para aumentar la separación de cargas para mejorar la eficiencia general del fotocatalizador. Este informe demuestra la síntesis de una heterounión híbrida inorgánica/orgánica entre Cs3Bi2Br9 y g-C3N4 en diferentes proporciones, lograda mediante el crecimiento de cristales de Cs3Bi2Br9 en la superficie de g-C3N4 utilizando un método de cristalización antidisolvente directo. Los polvos sintetizados mostraron una mayor reducción de CO2 fotocatalítico en fase gaseosa en ausencia de eliminadores de huecos de 14,22 (±1,24) μmol CO g–1 h–1 con 40% en peso de Cs3Bi2Br9 en comparación con 1,89 (±0,72) y 5,58 (±0,14) μmol CO g–1 h–1 para g-C3N4 y Cs3Bi2Br9 puros, respectivamente. Las mediciones fotoelectroquímicas también mostraron una fotocorriente mejorada en el compuesto Cs3Bi2Br9 al 40% en peso, lo que demuestra una separación de carga mejorada. Además, las pruebas de estabilidad demostraron estabilidad estructural tras la formación de una heterounión, incluso después de 15 h de iluminación. La alineación de la estructura de la banda y los estudios de deposición selectiva de metal indicaron la formación de una heterounión directa del esquema Z entre los dos semiconductores, lo que aumentó la separación de cargas. Estos hallazgos respaldan el potencial del fotocatalizador híbrido orgánico/inorgánico g-C3N4/Cs3Bi2Br9 de esquema Z para mejorar la actividad fotocatalítica de CO2 y mejorar la estabilidad.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- Cs<sub>3</sub>Bi<sub>2</sub>Br<sub>9/g -</sub> C<sub> 3</sub>N<sub>4</sub> وصلة غير متجانسة لمخطط Z المباشر من أجل تقليل التحفيز الضوئي المعزز لثاني أكسيد الكربون<sub></sub> إلى ثاني أكسيد الكربون
- Translated title (French)
- Cs<sub>3</sub>Bi<sub>2</sub>Br<sub>9</sub>/g-C<sub> 3</sub>N<sub>4</sub> Hétérojonction directe en Z pour une réduction photocatalytique améliorée du CO<sub>2</sub> en CO
- Translated title (Spanish)
- Cs<sub>3</sub>Bi<sub>2</sub>Br<sub>9</sub>/g-C<sub> 3</sub>N<sub>4</sub> Heterounión directa del esquema Z para la reducción fotocatalítica mejorada de CO<sub>2</sub> a CO
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4387672876
- DOI
- 10.1021/acs.chemmater.3c01635
References
- https://openalex.org/W1950364197
- https://openalex.org/W2036833311
- https://openalex.org/W2080295870
- https://openalex.org/W2149542237
- https://openalex.org/W2151699770
- https://openalex.org/W2526462183
- https://openalex.org/W2556342416
- https://openalex.org/W2729020601
- https://openalex.org/W2751901217
- https://openalex.org/W2765891770
- https://openalex.org/W2793367407
- https://openalex.org/W2803107202
- https://openalex.org/W2809340970
- https://openalex.org/W2889322308
- https://openalex.org/W3010898682
- https://openalex.org/W3015555440
- https://openalex.org/W3016375773
- https://openalex.org/W3035307876
- https://openalex.org/W3036534255
- https://openalex.org/W3041194928
- https://openalex.org/W3085214668
- https://openalex.org/W3090845526
- https://openalex.org/W3113209976
- https://openalex.org/W3125938257
- https://openalex.org/W3126249244
- https://openalex.org/W3133262033
- https://openalex.org/W3180323206
- https://openalex.org/W3197358433
- https://openalex.org/W3211915218
- https://openalex.org/W4200394172
- https://openalex.org/W4205187776
- https://openalex.org/W4223516259
- https://openalex.org/W4224029190
- https://openalex.org/W4233396579
- https://openalex.org/W4281717389
- https://openalex.org/W4289917774
- https://openalex.org/W4295259620
- https://openalex.org/W4307033205
- https://openalex.org/W4309004589
- https://openalex.org/W4311867043
- https://openalex.org/W4313895083
- https://openalex.org/W4317871204
- https://openalex.org/W4318825804
- https://openalex.org/W4323665126