Surface and Defect Engineering Coupling of Halide Double Perovskite Cs2NaBiCl6 for Efficient CO2 Photoreduction

材料科学 卤化物 钙钛矿(结构) 光催化 空位缺陷 密度泛函理论 吸附 化学工程 纳米技术 无机化学 光化学 催化作用 物理化学 计算化学 结晶学 化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Jiacheng Pi,Xiaofang Jia,Zhangwen Long,Shuai Yang,Hao Wu,Dacheng Zhou,Qi Wang,Huibin Zheng,Yong Yang,Junying Zhang,Jianbei Qiu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (43) 被引量:60
标识
DOI:10.1002/aenm.202202074
摘要

Abstract Non‐toxic halide double perovskite materials have many advantages of lead halide perovskite. Whereas, they usually exhibit poor stability and very low intrinsic photocatalytic CO 2 reduction activity due to the insufficient separation of photogenerated charges and the lack of active sites. In this work, stable chlorine‐deficient 3D hierarchical Cs 2 NaBiCl 6 porous microspheres assembled by highly crystalline nanoflakes were prepared by a simple grinding method. An unprecedented CO yield of 30.22 µmol g −1 h −1 was achieved in the gas‐solid photocatalytic reduction of CO 2 without sacrificial agents, which is the highest value among lead‐free halide perovskite photocatalysts. Experimental results and density‐functional theory calculations show that the chlorine vacancy plays the triple role of suppressing photogenerated electron‐holes recombination, enhancing CO 2 adsorption, and significantly reducing the free energy barrier for the key intermediate COOH* generation. In comparison with the pristine Cs 2 NaBiCl 6 , coupling of surface and defect engineering of the hierarchical sample brings 12.34 times enhancement of CO 2 photoreduction activity. This work proposes a simple method to synthesize a chlorine‐vacancy rich 3D hierarchical lead‐free halide perovskite and offers a new design idea to substantially enhance the photocatalytic activity, opening a door for the prospective contribution of these materials to carbon neutralization.
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