γ相CsPbBrペロブスカイトナノ結晶/ポリメチルメタクリレート電気紡糸ナノファイバー膜は、優れた光触媒特性を有していた

Gamma-phase CsPbBr perovskite nanocrystals/polymethyl methacrylate electrospun nanofibrous membranes with superior photo-catalytic property.

• Qi Zhang
• Xiaonan Deng
• Chengyu Tan
• Yangying Zhou
• Xing Chen
• Xuming Bai
• Jianbao Li
• Bin Tang
• Shuangshou Li
• Hong Lin

抄録

ガンマ相セシウム鉛三臭化ペロブスカイトナノ結晶(γ-CsPbBr NC)は、光触媒分解能と長期安定性を有しているが、凝集が大きく、活性表面積が減少し、光発生正孔電子対の再結合により光触媒特性が弱くなる。しかし、その凝集の問題が大きく、活性表面積が減少し、光発生した正孔電子対の再結合により光触媒特性が弱くなる。さらに、これらのＮＣは、光触媒分解過程において、染料［例えば、メチレンブルー（ＭＢ）］の表面に吸収されたり、染料溶液中に溶解したりしやすいため、γ-ＣｓＰｂＢｒ ＮＣの量が減少し、光触媒分解能が低下するという問題がある。また、光触媒分解生成物中に残留するγ-CsPbBr NCは、毒性（Pb含有）の問題もあり、生態環境や人体に有害である。本研究では、上記の問題点を解決するために、エレクトロスピニング技術を用いてγ-CsPbBr NCs/ポリメチルメタクリレート電気紡糸ナノファイバー膜(γ-CsPbBr NCs/PMMA ENMs)を作製した。その結果、合成したγ-CsPbBr NCs/PMMA ENMsは、大きな表面積を有し、表面に豊富な官能基を有することから、γ-CsPbBr NCsとPMMA ENMsとの間に多種類の化学結合効果を形成することができることがわかった。さらに、γ-CsPbBr NCは、PMMA ENMの内部あるいは表面に均一に分散することができた。これらの豊富な化学結合とPMMA ENMの表面上でのγ-CsPbBr NCsの均一な分布は、光触媒分解プロセス中のγ-CsPbBr NCsの光生成正孔電子対の再結合と毒性の問題を大幅に減少させることができる。驚くべきことに、γ-CsPbBr NCs/PMMA ENMは、様々な色素に対して優れた光触媒分解能力を維持し、MBに対して60分で99.18%という高い光触媒分解効率を明らかにした。

Gamma-phase cesium lead tri-bromide perovskite nanocrystals (γ-CsPbBr NCs) possess potentially photo-catalytic degradation ability and long-term stability. However, their serious aggregation issue decreases their active surface area, and the recombination of photo-generated hole-electron pairs weakens their photo-catalytic property. Furthermore, these NCs can be easily absorbed on the surface of dyes [e.g., methylene blue (MB)] or dissolved in the dye solution during the photo-catalytic degradation process, thus reducing the amount of γ-CsPbBr NCs and their photo-catalytic degradation ability. Besides, the residual γ-CsPbBr NCs in the photo-catalytic degradation products also present the toxicity issue (containing Pb) and are hazardous to the ecological environment and human health. In the present study, we fabricated γ-CsPbBr NCs/polymethyl methacrylate electrospun nanofibrous membranes (γ-CsPbBr NCs/PMMA ENMs) by using electrospinning technology to solve the above problems. It is found that the synthesized γ-CsPbBr NCs/PMMA ENMs show a large surface area and the abundant functional groups on their surfaces, which are benefit for forming multiple kinds of chemical bonding effect between γ-CsPbBr NCs and PMMA ENMs. In addition, γ-CsPbBr NCs could disperse homogeneously in or on the surface of PMMA ENMs. These abundant chemical bonds and homogeneous distributions of γ-CsPbBr NCs on the surface of PMMA ENMs can significantly decrease the recombination of photo-generated hole-electron pairs and toxicity issue of γ-CsPbBr NCs during the photo-catalytic degradation process. Exhilaratingly, γ-CsPbBr NCs/PMMA ENMs could maintain a superior photo-catalytic degradation ability toward various dyes and reveal a high photo-catalytic degradation efficiency of 99.18% in 60 min for MB.