Construção de fotocatalisadores heteroestruturados de Cs2AgBiBr6/bismuteno e sua aplicação para produção de combustíveis solares a partir da redução fotocatalítica de CO2

Photocatalytic CO2 reduction is a process that uses light energy and photocatalysts to convert CO2 molecules into solar fuels such as H2 and CH4, which are considered promising energy sources due to their high energy density and potential for storage. This process can help address the challenges...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Sena, Michael Segundo
Outros Autores: Moriyama, André Luís Lopes
Formato: doctoralThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Perovskitas de haleto
Bismuteno 2D
Combustíveis solares
Redução fotocatalítica de CO2
Produção de CH4
Separação de cargas
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/53522
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Construção de fotocatalisadores heteroestruturados de Cs2AgBiBr6/bismuteno e sua aplicação para produção de combustíveis solares a partir da redução fotocatalítica de CO2
description Photocatalytic CO2 reduction is a process that uses light energy and photocatalysts to convert CO2 molecules into solar fuels such as H2 and CH4, which are considered promising energy sources due to their high energy density and potential for storage. This process can help address the challenges of sustainable energy production and environmental protection by reducing greenhouse gas emissions as well as providing a way of storing renewable energy. Lead-free halide perovskites have recently been explored as promising materials for photocatalytic CO2 reduction as they offer a safer alternative to traditional lead-based halide perovskites and have shown encouraging results in photocatalysis. Among them, Cs2AgBiBr6 is a double perovskite that stands out as a remarkable alternative due to its non-toxicity, excellent optoelectronic properties and multifunctionality. However, the application of Cs2AgBiBr6 is limited by its low efficiency of separation of photogenerated charges. In this respect, this work reports the synthesis and characterization of Cs2AgBiBr6/bismuthene composites through a selfassembly process of Cs2AgBiBr6 nanoparticles on two-dimensional bismuthene nanosheets with improved photocatalytic activity for CO2 reduction. The optimized Cs2AgBiBr6/bismuthene nanocomposites show a photocatalytic activity of 14,79 (±1,66) μmol g–1h–1 on an electron basis with 1 sun, with a CH4 selectivity of 81 (±1) %. The improved photocatalytic performance is attributed to their improved charge mobility and suppressed electron–hole pares recombination, along with extended light absorption capacity promoted by the heterojunction of bismuthene with the perovskite.
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This process can help address the challenges of sustainable energy production and environmental protection by reducing greenhouse gas emissions as well as providing a way of storing renewable energy. Lead-free halide perovskites have recently been explored as promising materials for photocatalytic CO2 reduction as they offer a safer alternative to traditional lead-based halide perovskites and have shown encouraging results in photocatalysis. Among them, Cs2AgBiBr6 is a double perovskite that stands out as a remarkable alternative due to its non-toxicity, excellent optoelectronic properties and multifunctionality. However, the application of Cs2AgBiBr6 is limited by its low efficiency of separation of photogenerated charges. In this respect, this work reports the synthesis and characterization of Cs2AgBiBr6/bismuthene composites through a selfassembly process of Cs2AgBiBr6 nanoparticles on two-dimensional bismuthene nanosheets with improved photocatalytic activity for CO2 reduction. The optimized Cs2AgBiBr6/bismuthene nanocomposites show a photocatalytic activity of 14,79 (±1,66) μmol g–1h–1 on an electron basis with 1 sun, with a CH4 selectivity of 81 (±1) %. The improved photocatalytic performance is attributed to their improved charge mobility and suppressed electron–hole pares recombination, along with extended light absorption capacity promoted by the heterojunction of bismuthene with the perovskite. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Redução fotocatalítica de CO2 é o processo que utiliza a energia da luz e fotocatalisadores para converter moléculas de CO2 em combustíveis solares tais como H2 e CH4, que são considerados uma promissora fonte de energia devido à sua alta densidade energética e capacidade de armazenamento. Esse processo pode ajudar a enfrentar os desafios relacionados a proteção ambiental e produção de energias sustentáveis, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa e fornecendo uma forma de armazenar energia renovável. Perovskitas de haleto sem chumbo têm sido exploradas recentemente como materiais promissores para redução fotocatalítica de CO2, pois oferecem uma alternativa mais segura às tradicionais perovskitas de haleto com chumbo e têm demonstrado resultados encorajadores em fotocatálise. Dentre eles, Cs2AgBiBr6 é uma perovskita dupla que se destaca como uma excelente alternativa devido à sua não toxicidade, propriedades optoeletrônicas excepcionais e multifuncionalidade. Entretanto, a aplicação de Cs2AgBiBr6 é limitada pela sua baixa eficiência de separação de cargas fotogeradas. Nesse sentido, este trabalho relata a síntese e caracterização de compósitos de Cs2AgBiBr6/bismuteno através de um processo de automontagem de nanopartículas de Cs2AgBiBr6 sobre nanofolhas bidimensionais de bismuteno com atividade fotocatalítica melhorada para a redução de CO2. Os nanocompósitos otimizados de Cs2AgBiBr6/bismuteno apresentaram atividade fotocatalítica de 14,79 (±1,66) μmol g–1h–1 com base no consumo total de elétrons a 1 sol, com uma seletividade de 81 (±1) % para CH4. O maior desempenho fotocatalítico dos compósitos em relação à perovskita pura é atribuído à sua mobilidade de cargas melhorada e supressão da recombinação dos pares elétron–buraco, além do aumento da capacidade de absorção de luz promovido pela heterojunção de bismuteno com a perovskita. 2023-07-17T19:24:18Z 2023-07-17T19:24:18Z 2023-03-28 doctoralThesis SENA, Michael Segundo. Construção de fotocatalisadores heteroestruturados de Cs2AgBiBr6/bismuteno e sua aplicação para produção de combustíveis solares a partir da redução fotocatalítica de CO2. Orientador: André Luís Lopes Moriyama. 2023. 154f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/53522 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

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