Modulating Adsorption–Redox Sites and Charge Separation of Cs3Bi2Br9–x@AgBr Core–Shell Heterostructure for Selective Toluene Photooxidation

氧化还原 异质结 吸附 材料科学 甲苯 化学 无机化学 物理化学 光电子学 有机化学
作者
Biao Zhou,Kezhou Fan,Yanan Chong,Shuang Xu,Jianwu Wei,Jiake Wei,Aleksandr A. Sergeev,Kam Sing Wong,Tan Li,Guangxu Chen,Daiqi Ye,Keyou Yan
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (4): 1743-1752 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c00484
摘要

Constructing vacancy-decorated heterojunction photocatalysts is a feasible strategy for highly efficient photooxidation of toluene to benzaldehyde. However, poor interface interaction and vacancy-triggered mismatched redox kinetics seriously impede photocatalytic activity improvement. Herein, a chemically bonded Cs3Bi2Br9–x@AgBr core–shell heterojunction with unified adsorption-redox sites is fabricated via an in-situ light-assisted Ag+ insertion method. Experiments and theoretical calculations demonstrate that the type-II band alignment with interfacial Bi–Br–Ag bonds boosts the charge separation. Moreover, because of the greater oxygen adsorption energy and the steric-hindrance effect of the AgBr shell, the preferred adsorption site of O2 is modulated from Br vacancy (VBr, trapping holes) to its corresponding reduction site (AgBr, gathering electrons), thereby ensuring VBr-enhancing toluene adsorption/oxidation on Cs3Bi2Br9. Therefore, Cs3Bi2Br9–x@AgBr exhibits an improved benzaldehyde production rate of 5.61 mmol g–1 h–1 (selectivity: 91%), outperforming pure Cs3Bi2Br9 by a factor of 6. This work underlines the importance of the rational design of vacancy-decorated heterointerface and redox sites at the atomic level in photocatalysis.
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