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Mono-, Di-, and Tri-valent Cation Doped BiFe0.95Mn0.05O3 Nanoparticles: Ferroelectric Photocatalysts

  • The ferroelectricity of multivalent co-doped Bismuth ferrite (BiFeO3; BFO) nanoparticles (NPs) is revealed and utilized for light photocatalysis exploiting their narrow electronic band gap. The photocatalytic activity of ferroelectric photocatalysts BiFe0.95Mn0.05O3 (BFM) NPs and mono-, di-, or tri-valent cations (Ag+, Ca2+, Dy3+; MDT) co-incorporated BFM NPs are studied under ultrasonication and in acidic conditions. We find that such doping enhances the photocatalytic activity of the ferroelectric NPs approximately three times. The correlation of the photocatalytic activity with structural, optical, and electrical properties of the doped NPs is established. The increase of spontaneous polarization by the mono- and tri-valent doping is one of the major factors in enhancing the photocatalytic performance along with other factors such as stronger light absorption in the visible range, low recombination rate of charge carriers and larger surface area of NPs. A-site doping of BFO NPs byThe ferroelectricity of multivalent co-doped Bismuth ferrite (BiFeO3; BFO) nanoparticles (NPs) is revealed and utilized for light photocatalysis exploiting their narrow electronic band gap. The photocatalytic activity of ferroelectric photocatalysts BiFe0.95Mn0.05O3 (BFM) NPs and mono-, di-, or tri-valent cations (Ag+, Ca2+, Dy3+; MDT) co-incorporated BFM NPs are studied under ultrasonication and in acidic conditions. We find that such doping enhances the photocatalytic activity of the ferroelectric NPs approximately three times. The correlation of the photocatalytic activity with structural, optical, and electrical properties of the doped NPs is established. The increase of spontaneous polarization by the mono- and tri-valent doping is one of the major factors in enhancing the photocatalytic performance along with other factors such as stronger light absorption in the visible range, low recombination rate of charge carriers and larger surface area of NPs. A-site doping of BFO NPs by divalent elements suppresses the polarization, whereas trivalent (Dy3+) and monovalent (Ag+) cations provide an increase of polarization. The depolarization field in these single domain NPs acts as a driving force to mitigate recombination of the photoinduced charge carriers.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:A. Dubey, C. Hon Keat, V. Shvartsman, Kirill YusenkoORCiD, M. Escobar, Ana de Oliveira Guilherme BuzanichORCiD, U. Hagemann, S. Kovalenko, J. Stächler, D. Lupascu
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Advanced Functional Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.0 Abteilungsleitung und andere
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley
Aufsatznummer:2207105
Erste Seite:1
Letzte Seite:16
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Bismuth Ferrite; Ferroelectric; Nanoparticles; Photocatalysis; Piezoresponse; Polarization
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1002/adfm.202207105
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-557230
ISSN:1616-301X
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:19.09.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:19.09.2022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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