Published June 20, 2023
| Version v1
Publication
Open
BiFeO<sub>3</sub> Nanoparticles: The "Holy‐Grail" of Piezo‐Photocatalysts?
Creators
- 1. Tunis University
- 2. Tunis El Manar University
- 3. CentraleSupélec
- 4. University of Paris-Saclay
- 5. French National Centre for Scientific Research
- 6. Jožef Stefan International Postgraduate School
- 7. Laboratoire Albert Fert
- 8. Luxembourg Institute of Science and Technology
- 9. University of Luxembourg
Description
Abstract Recently, piezoelectric‐based catalysis has been demonstrated to be an efficient means and promising alternative to sunlight‐driven photocatalysis, where mechanical vibrations trigger redox reactions. Here, 60 nm‐size BiFeO 3 nanoparticles are shown to be very effective for piezo‐degrading Rhodamine B (RhB) model dye with record degradation rate reaching 13 810 L mol −1 min −1 , and even 41 750 L mol −1 min −1 (i.e., 100% RhB degradation within 5 min) when piezocatalysis is synergistically combined with sunlight photocatalysis. These BiFeO 3 piezocatalytic nanoparticles are also demonstrated to be versatile toward several dyes and pharmaceutical pollutants, with over 80% piezo‐decomposition within 120 min. The maintained high piezoelectric coefficient combined with low dielectric constant, high‐elastic modulus, and the nanosized shape make these BiFeO 3 nanoparticles extremely efficient piezocatalysts. To avoid subsequent secondary pollution and enable their reusability, the BiFeO 3 nanoparticles are further embedded in a polymer P(VDF‐TrFE) matrix. The as‐designed flexible, chemically stable, and recyclable nanocomposites still keep remarkable piezocatalytic and piezo‐photocatalytic performances (i.e., 92% and 100% RhB degradation, respectively, within 20 min). This work opens a new research avenue for BiFeO 3 that is the model multiferroic and offers a new platform for water cleaning, as well as other applications such as water splitting, CO 2 reduction, or surface purification.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص في الآونة الأخيرة، ثبت أن الحفز القائم على كهرضغطية هو وسيلة فعالة وبديل واعد للتحفيز الضوئي المدفوع بأشعة الشمس، حيث تؤدي الاهتزازات الميكانيكية إلى تفاعلات الأكسدة. هنا، تظهر الجسيمات النانوية BiFeO 3 بحجم 60 نانومتر أنها فعالة للغاية في صبغة نموذج Rhodamine B (RhB) التي تتحلل بيزو مع معدل تحلل قياسي يصل إلى 13.810 لتر مول -1 دقيقة -1، وحتى 41.750 لتر مول -1 دقيقة -1 (أي، تحلل 100 ٪ من RhB في غضون 5 دقائق) عندما يتم الجمع بين التحفيز الإجهادي بشكل تآزري مع التحفيز الضوئي لأشعة الشمس. كما ثبت أن هذه الجسيمات النانوية المحفزة للضغط BiFeO 3 متعددة الاستخدامات تجاه العديد من الأصباغ والملوثات الصيدلانية، مع أكثر من 80 ٪ من التحلل الإجهادي في غضون 120 دقيقة. إن المعامل الكهربائي الإجهادي العالي الذي تم الحفاظ عليه جنبًا إلى جنب مع ثابت العزل الكهربائي المنخفض، ومعامل المرونة العالية، والشكل النانوي يجعل هذه الجسيمات النانوية BiFeO 3 فعالة للغاية. لتجنب التلوث الثانوي اللاحق وتمكين إعادة استخدامها، يتم تضمين جسيمات BiFeO 3 النانوية في مصفوفة البوليمر P(VDF- TrFE). لا تزال المركبات النانوية المرنة المصممة والمستقرة كيميائيًا والقابلة لإعادة التدوير تحافظ على أداء تحفيزي إجهادي وتحفيزي ضوئي (أي 92 ٪ و 100 ٪ من تحلل RhB، على التوالي، في غضون 20 دقيقة). يفتح هذا العمل طريقًا بحثيًا جديدًا لـ BiFeO 3 وهو النموذج متعدد الخلايا ويوفر منصة جديدة لتنظيف المياه، بالإضافة إلى تطبيقات أخرى مثل تقسيم المياه أو تقليل ثاني أكسيد الكربون أو تنقية السطح.Translated Description (French)
Résumé Récemment, il a été démontré que la catalyse piézoélectrique est un moyen efficace et une alternative prometteuse à la photocatalyse induitepar la lumière du soleil, où les vibrations mécaniques déclenchent des réactions redox. Ici, les nanoparticules BiFeO 3 de 60 nm se sont révélées très efficaces pour la dégradation piézoélectrique du colorant modèle Rhodamine B (RhB) avec un taux de dégradation record atteignant 13 810 L mol −1 min −1, et même 41 750 L mol −1 min −1 (c'est-à-dire une dégradation de 100 % de RhB en 5 min) lorsque la piézocatalyse est combinée en synergie avec la photocatalyse à la lumière du soleil. Il a également été démontré que ces nanoparticules piézocatalytiques BiFeO 3 sont polyvalentes vis-à-vis de plusieurs colorants et polluants pharmaceutiques, avec plus de 80 % dedécomposition piézoélectrique en 120 min. Le coefficient piézoélectrique élevé maintenu combiné à une faible constante diélectrique, à un module d'élasticité élevé et à la forme nanométrique font de ces nanoparticules de BiFeO 3 des piézocatalyseurs extrêmement efficaces. Pour éviter une pollution secondaire ultérieure et permettre leur réutilisation, les nanoparticules de BiFeO 3 sont en outre intégrées dans une matrice polymère P(VDF‐TrFE). Les nanocomposites flexibles, chimiquement stables et recyclables tels que conçus conservent toujours des performances piézocatalytiques et piézocatalytiques remarquables (c'est-à-dire une dégradation de 92 % et 100 % de RhB, respectivement, en 20 min). Ce travail ouvre une nouvelle voie de recherche pour BiFeO 3 qui est le modèle multiferroïque et offre une nouvelle plate-forme pour le nettoyage de l'eau, ainsi que d'autres applications telles que le fractionnement de l'eau, la réduction du CO 2 ou la purification de surface.Translated Description (Spanish)
Resumen Recientemente, se ha demostrado que la catálisis piezoeléctrica es un medio eficiente y una alternativa prometedora a la fotocatálisis impulsadapor la luz solar, donde las vibraciones mecánicas desencadenan reacciones redox. Aquí, se muestra que las nanopartículas BiFeO 3 de 60 nm de tamaño son muy efectivas para la degradación piezoeléctrica del colorante modelo Rodamina B (RhB) con una tasa de degradación récord que alcanza 13 810 L mol −1 min −1 , e incluso 41 750 L mol −1 min −1 (es decir, 100% de degradación de RhB en 5 min) cuando la piezocatálisis se combina sinérgicamente con la fotocatálisis con luz solar. Estas nanopartículas piezocatalíticas BiFeO 3 también han demostrado ser versátiles con varios colorantes y contaminantes farmacéuticos, con más del 80% dedescomposición piezoeléctrica en 120 minutos. El alto coeficiente piezoeléctrico mantenido combinado con una baja constante dieléctrica, unalto módulo elástico y la forma nanométrica hacen que estas nanopartículas BiFeO 3 sean piezocatalizadores extremadamente eficientes. Para evitar la contaminación secundaria posterior y permitir su reutilización, las nanopartículas de BiFeO 3 se incrustan además en una matriz de polímero P(VDF-TrFE). Los nanocompuestos flexibles, químicamente estables y reciclables según el diseño aún mantienen notables rendimientos piezocatalíticos y piezofotocatalíticos (es decir, 92% y 100% de degradación de RhB, respectivamente, en 20 minutos). Este trabajo abre una nueva vía de investigación para BiFeO 3 que es el modelo multiferroico y ofrece una nueva plataforma para la limpieza del agua, así como otras aplicaciones como la división del agua, la reducción de CO 2 o la purificación de superficies.Files
adma.202301841.pdf
Files
(16.1 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e4cb83265a9dd301668140e49d3596e3
|
16.1 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الجسيمات النانوية BiFeO<sub> 3</sub>: "الكأس المقدسة" للمحفزات الضوئية الإجهادية ؟
- Translated title (French)
- Nanoparticules BiFeO<sub>3</sub> : le « Saint Graal » des piézo‐photocatalyseurs ?
- Translated title (Spanish)
- Nanopartículas<sub>BiFeO 3</sub>: ¿El "Santo Grial" delospiezofotocatalizadores?
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4367668414
- DOI
- 10.1002/adma.202301841
References
- https://openalex.org/W1746227976
- https://openalex.org/W1884351505
- https://openalex.org/W2003241441
- https://openalex.org/W2005522572
- https://openalex.org/W2041508287
- https://openalex.org/W2043434141
- https://openalex.org/W2052887597
- https://openalex.org/W2057954903
- https://openalex.org/W2065329498
- https://openalex.org/W2069263761
- https://openalex.org/W2083188457
- https://openalex.org/W2121054811
- https://openalex.org/W2154794232
- https://openalex.org/W2161129668
- https://openalex.org/W2208133528
- https://openalex.org/W2329540166
- https://openalex.org/W2345114824
- https://openalex.org/W2499704359
- https://openalex.org/W2585218234
- https://openalex.org/W2589093005
- https://openalex.org/W2612539557
- https://openalex.org/W2752812248
- https://openalex.org/W2801738911
- https://openalex.org/W2805191155
- https://openalex.org/W2901210646
- https://openalex.org/W2904736745
- https://openalex.org/W2912306741
- https://openalex.org/W2937603734
- https://openalex.org/W2952864176
- https://openalex.org/W2953207266
- https://openalex.org/W2969242455
- https://openalex.org/W2975535061
- https://openalex.org/W2977259435
- https://openalex.org/W3012127754
- https://openalex.org/W3012556056
- https://openalex.org/W3013125664
- https://openalex.org/W3029432129
- https://openalex.org/W3083997542
- https://openalex.org/W3096542154
- https://openalex.org/W3100612092
- https://openalex.org/W3122656960
- https://openalex.org/W3128457408
- https://openalex.org/W3131539923
- https://openalex.org/W3197506961
- https://openalex.org/W4200281237
- https://openalex.org/W4220766400
- https://openalex.org/W4226092431
- https://openalex.org/W4305082185
- https://openalex.org/W4309003557
- https://openalex.org/W4313237701