Изготовление Z-схемы гетероструктур Ag3PO4 / TiO2 для улучшения видимой фотокаталитической активности

Аннотация

В этой статье синтетическое исследование композита Ag ₃ ЗП ₄ / TiO ₂ фотокатализатор, синтезированный простым двухэтапным методом. В этом исследовании были приняты дополнительные инструменты характеризации, такие как дифракция рентгеновских лучей, сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия с высоким разрешением, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и спектроскопия диффузного отражения в УФ-видимой области. . Результаты показали, что можно наблюдать высокую степень кристаллизации и хорошую морфологию. В эксперименте с фотокаталитическими характеристиками TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ показывает лучшую фотокаталитическую активность, а скорость фотокаталитического разложения достигла почти 100% после освещения в течение 25 минут. Константа скорости реакции TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ является наибольшим, равным 0,02286 мин ⁻¹ , вдвое больше, чем у Ag ₃ ЗП ₄ и в 6,6 раз больше минимального значения TiO ₂ 400. Эффект разложения TiO ₂. 400 / Ag ₃ ЗП ₄ показывает хорошую стабильность после четырехкратной переработки фотокатализатора. Эксперименты по отлову активных каталитических частиц показывают, что основными факторами являются дыры (h ⁺ ) и супероксид-анионы (O · - 2), а гидроксильный радикал (· OH) частично разлагается. Исходя из этого, Z -схема механизма реакции Ag ₃ ЗП ₄ / TiO ₂ выдвигается неоднородная структура и излагается механизм ее деградации.

Фон

Полупроводниковые фотокатализаторы привлекают к себе все больший интерес из-за широкого использования при разложении органических загрязнителей и солнечных элементах [1,2,3,4,5,6]. Как представитель фотокатализаторов на основе полупроводников, TiO ₂ был широко исследован из-за его прекрасных физико-химических свойств [7, 8]. Однако чистый TiO ₂ Фотокатализатор имеет определенные недостатки в практических приложениях, такие как его широкая запрещенная зона (3,2 эВ для анатаза и 3,0 эВ для рутила), что приводит к плохому видимому отклику.

Соединение на основе серебра, такое как Ag ₂ O, AgX (X =Cl, Br, I), Ag ₃ ЗП ₄ , Ag ₂ CrO ₄ , недавно использовались в фотокаталитических приложениях [9,10,11,12]. Среди прочего, ортофосфат серебра (Ag ₃ ЗП ₄ ) уже привлек внимание многих исследователей, поскольку Ag ₃ ЗП ₄ имеет ширину запрещенной зоны 2,45 эВ и сильное поглощение менее 520 нм. Квантовый выход Ag ₃ ЗП ₄ составляет более 90%. Это хороший фотокатализатор видимого света. Однако из-за образования Ag ⁰ на поверхности катализатора (4Ag ₃ ЗП ₄ + 6H ₂ O + 12ч ⁺ + 12e ^- → 12Ag ⁰ + 4H ₃ ЗП ₄ + 30 ₂ ) во время фотокаталитической реакции повторное использование Ag ₃ ЗП ₄ это серьезная проблема. Поэтому снижение фотокаталитической коррозии Ag ₃ является обычной практикой. ЗП ₄ и обеспечить хорошую каталитическую активность Ag ₃ ЗП ₄ . Из предшествующей литературы известно, что компаундирование может эффективно улучшить фотокаталитические характеристики обоих полупроводниковых материалов. После компаундирования усиливается эффект разделения фотогенерированных электронов и дырок, что способствует повышению фотокаталитической активности композиционных материалов. Многочисленные исследователи исследовали гетеропереходы, такие как Bi ₂ О ₃ -Bi ₂ WO ₆ , TiO ₂ / Би ₂ WO ₆ , ZnO / CdSe и Ag ₃ ЗП ₄ / TiO ₂ [2, 13,14,15]. По сравнению с однофазными фотокатализаторами, фотокатализаторы с гетеропереходом могут расширить диапазон светового отклика за счет соединения материалов с согласованной электронной структурой. А благодаря синергетическому эффекту между компонентами заряд может передаваться разными способами для дальнейшего улучшения фотокаталитической активности гетероперехода.

На основании приведенного выше анализа Ag ₃ ЗП ₄ Полупроводниковые композиты на основе с синергетическим улучшающим эффектом были разработаны для устранения дефектов рекомбинации носителей и Ag ₃ ЗП ₄ каталитические свойства полупроводниковых композитов. В этой статье наноразмерный TiO ₂ был получен сольвотермическим методом, а затем наночастицы TiO ₂ 400 были нанесены на поверхность Ag ₃ ЗП ₄ при комнатной температуре для получения TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ композиты. Фотокаталитическая активность TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ композит был протестирован с использованием красителя RhB (родамин B).

Методы

Гидротермальная подготовка наноразмерного TiO ₂

0,4 г P123 добавляли к смешанному раствору, содержащему 7,6 мл абсолютного этанола и 0,5 мл деионизированной воды, и перемешивали до полного растворения P123. Осветленный раствор был помечен как раствор. Затем был приготовлен смешанный раствор, содержащий 2,5 мл бутилтитаната (ТВОТ) и 1,4 мл концентрированной соляной кислоты (12 моль / л), который был обозначен как раствор B. Раствор B добавляли к раствору A по каплям. После перемешивания в течение 30 минут к раствору добавляли 32 мл этиленгликоля (EG) и перемешивали в течение 30 минут. Затем раствор помещали в печь при 140 ° C, высокой температуре и высоком давлении на 24 часа. Естественное охлаждение, центробежная промывка, сепарация, сбор осадков и сушка в печи при 80 ° C в течение 8 часов. Белый осадок прокалили в муфельной печи при различных температурах (300 ° C, 400 ° C, 500 ° C) и пометили как резерв TiO ₂. 300, TiO ₂ 400 и TiO ₂ 500 соответственно.

Подготовка TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ Фотокатализатор

0,1 г TiO ₂ порошок добавляли к 30 мл раствора нитрата серебра, содержащего 0,612 г AgNO ₃ а затем обрабатывали ультразвуком в течение 30 минут для получения TiO ₂ распределены равномерно. Добавили 30 мл раствора, содержащего 0,43 г Na ₂. HPO ₄ .12H ₂ O и перемешивали 120 мин при температуре окружающей среды. Путем центрифугирования, очистки деионизированной водой и безводным этанолом осадки отделяли, собирали и сушили при 60 ° C. Продукты были названы TiO ₂. 300 / Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ ПО _4, и TiO ₂ 500 / Ag ₃ ЗП ₄ , соответственно. Ag ₃ ЗП ₄ был приготовлен без добавления TiO ₂ при тех же условиях, что и описанный выше процесс.

Характеристика

Рентгенограммы полученных образцов были выполнены на рентгеновском дифрактометре D / MaxRB (Япония), который имеет Cu-Ka 35 кВ со скоростью сканирования 0,02 ° с ^-1 , в пределах от 10 до 80 °. Сканирующая электронная микроскопия (SEM), JEOL, JSM-6510 и JSM-2100 просвечивающая электронная микроскопия (TEM) с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (EDX) были использованы для изучения его морфологии при ускоряющем напряжении 10 кВ. Информация о рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) была собрана с использованием электронного спектрометра ESCALAB 250 при излучении Cu Kα 300 Вт. Базовое давление составляло примерно 3 × 10 ⁻⁹ мбар. Объедините для обозначения линии C1s при 284,6 эВ аморфного углерода.

Измерение фотокаталитической активности

Фотокаталитические характеристики TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ Катализаторы были протестированы на фотодеградации RhB в водном растворе в качестве объекта исследования. Пятьдесят миллиграммов фотокатализатора смешивали с 50 мл водного раствора RhB (10 мг л ^-1 ) и перемешивали в темноте в течение определенного времени перед освещением для обеспечения адсорбционного баланса. В процессе реакции используется охлаждающая вода, чтобы поддерживать постоянную температуру системы на уровне комнатной. Ксеноновая лампа мощностью 1000 Вт обеспечивает освещение, имитирующее видимый свет. Спектрофотометр LAMBDA35 UV / Vis использовали для определения концентрации ( C ) изменение решения RhB при λ =553 нм. Скорость обесцвечивания указана как функция времени от C _т / C ₀ . Где C ₀ - концентрация до освещения, а C _т - концентрация после освещения. Использованные катализаторы были повторно собраны для определения стабильности цикла катализаторов. Эксперимент повторяли четыре раза.

Результаты и обсуждение

XRD-анализ используется для определения фазовой структуры и кристаллического типа катализатора. Спектры XRD приготовленных катализаторов показаны на рис. 1, включая TiO ₂ 400, Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , и TiO ₂ 500 / Ag ₃ ЗП ₄ . Из рисунка видно, что кристаллическая структура TiO ₂ 400 - анатаз (JCPDS No. 71-1166). В спектрах XRD Ag ₃ ЗП ₄ дифракционные пики, расположенные при 20,9 °, 29,7 °, 33,3 °, 36,6 °, 47,9 °, 52,7 °, 55,1 °, 57,4 °, 61,7 ° и 72,0 °, относятся к характерным пикам (110), (200), (210), (211), (310), (222), (320), (321), (400) и (421) плоскости Ag ₃ ЗП ₄ (JCPDS № 70-0702) соответственно. Синтезированные композитные фотокатализаторы показали характерные пики, соответствующие TiO ₂ и Ag ₃ ЗП ₄ , а характерные пики TiO ₂ составляли 25,3 ° на композите TiO ₂ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 500 / Ag ₃ ЗП ₄ , что соответствовало температуре прокаливания TiO ₂ повышение кристалличности TiO ₂ становится выше.

Рентгенограммы свежеприготовленных образцов

На рисунке 2 показаны SEM, TEM и EDX-диаграммы катализаторов TiO ₂. 400, Ag ₃ ЗП ₄ , и TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ . На рис. 2а представлена сферическая наноструктура TiO ₂. 400, приготовленные сольвотермическим методом, диаметром от 100 до 300 нм. На рис. 2b показан Ag ₃. ЗП ₄ кристалл с правильной гексаэдрической структурой. Размер его частиц составляет от 0,1 до 1,5 мкм, а поверхность имеет довольно гладкую поверхность. Рисунок 2c представляет собой СЭМ-изображение композита TiO ₂. 400 / Ag ₃ ЗП ₄ . Видно, что наночастицы TiO ₂ 400 осаждаются на поверхности Ag ₃ ЗП ₄ . Морфология TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ был дополнительно исследован с помощью ПЭМ и ПЭМ-диаграммы TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ отображается на рис. 2г. Можно заметить, что наноразмерный TiO ₂ размером 200 нм частицы прилипают к поверхности Ag ₃ ЗП ₄ . Рис. 2e - ПЭМВР для TiO ₂. 400 / Ag ₃ ЗП ₄ . Можно установить, что TiO ₂ частицы тесно связаны с Ag ₃ ЗП ₄ , и шаг решетки TiO ₂ 400 и Ag ₃ ЗП ₄ равны 0,3516 и 0,245 нм соответственно, что соответствует (101) и (211) поверхности TiO ₂ и Ag ₃ ЗП ₄ . На рис. 2е представлена диаграмма EDX TiO ₂. 400 / Ag ₃ ЗП ₄ . Видно, что образец состоит из четырех элементов:Ti, O, Ag и P. Очевидный дифракционный пик медного элемента создается источником возбуждения EDX, Cu Ka. EDX подтвердил соответствующие химические элементы TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ . В заключение можно однозначно заключить, что TiO ₂ загружается на поверхность Ag ₃ ЗП ₄ кристаллы в гранулированной форме и имеют хорошую морфологию шестигранника.

СЭМ-изображения приготовленных фотокатализаторов: а TiO ₂ 400, b Ag ₃ ЗП ₄ , c TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , d ПЭМ изображение TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , e ВРЭМ изображение TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , и f соответствующий EDX-шаблон TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) продукта исследуется на фиг. 3. Рисунок 3a представляет собой обзорный XPS-спектр продукта. На графике можно увидеть пять элементов Ti, O, Ag, P и C, из которых C является базовым, что означает, что композит сосуществовал с TiO ₂ и Ag ₃ ЗП ₄ . На рис. 3б показан спектр Ag 3d с высоким разрешением. Два основных пика сосредоточены при энергии связи 366,26 эВ и 372,29 эВ, относящиеся к Ag 3d5 / 2 и Ag 3d3 / 2 соответственно. Это показывает, что Ag в основном представляет собой Ag ⁺ в фотокатализаторе TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ [16]. На рисунке 3c показан пик XPS для P 2p, который соответствует P ⁵⁺ . в ЗП ₄ ³⁺ структура при 131,62 эВ. Два пика, расположенные при 457,43 эВ и 464,58 эВ, могут быть отнесены к Ti 2p3 / 2 и Ti 2p1 / 2 в XPS-спектре орбитали Ti 2p (рис. 3d). Рисунок 3e - это XPS O 1s. Весь пик можно разделить на три характерных пика:528,9 эВ, 530,2 эВ и 532,1 эВ. Пики при 528,9 эВ и 530,2 эВ приписываются кислороду в Ag ₃ ЗП ₄ и TiO ₂ решетки соответственно. Пики при 532,1 эВ указывают на гидроксилы или кислород, адсорбированный на поверхности TiO ₂. / Ag ₃ ЗП ₄ . Результаты XPS-анализа дополнительно подтверждают, что Ag ₃ ЗП ₄ и TiO ₂ были составлены.

РФЭС спектр TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ : а Сюрвейерское сканирование, b Ag 3d, c P 2p, d Ti 2p и e O1s

Спектры поглощения диффузного отражения в УФ и видимой областях катализаторов TiO ₂ 400, Ag ₃ ЗП ₄ , и TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ представлены на рис. 4а. Из рисунка видно, что длины волн отсечки оптического поглощения TiO ₂ 400 и Ag ₃ ЗП ₄ равны 400 и 500 нм соответственно. Когда Ag ₃ ЗП ₄ загружается на TiO ₂ 400, диапазон поглощения света композитом, очевидно, расширяется до 500–700 нм, что указывает на взаимодействие между Ag ₃ ЗП ₄ и TiO ₂ 400 в композитной системе TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , и механизм требует дальнейшего изучения. Полоса пропускания Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 400 и TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ катализаторы рассчитываются по формуле Кубелки-Мунка [17]:

$$ A \ mathrm {hv} =c {\ left (\ mathrm {hv} - \ mathrm {Eg} \ right)} ^ n $$

TiO ₂ 400, Ag ₃ ЗП ₄ , и TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ катализаторы: а УФ-видимый DRS, b графики ( α hv) ^1/2 по сравнению с энергией (hv)

где A , hv, c , и Eg - коэффициент поглощения, энергия падающего фотона, константа поглощения и энергия запрещенной зоны соответственно. Значение n для прямого полупроводника - 1/2, а для непрямого полупроводника - 2. Anatase TiO ₂ и Ag ₃ ЗП ₄ непрямые полупроводники, поэтому n занимает 2.

Графики, изображающие ( α hv) ^1/2 в зависимости от энергии падающего фотона (hv) на рис. 4b показывает энергетические диаграммы запрещенной зоны (Eg) Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 400 и TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ катализаторы составляют 2,45 эВ, 3,1 эВ и 2,75 эВ соответственно. Это еще раз доказывает, что TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ является хорошим фотокатализатором видимого света с подходящей шириной запрещенной зоны и способностью захвата видимого света.

Фотокаталитическое разложение RhB под действием TiO ₂ 400, Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , и TiO ₂ 500 / Ag ₃ ЗП ₄ был исследован на рис. 5а. Результаты показали, что чистый TiO ₂ 400 имел худший фотокаталитический эффект, а скорость фотокаталитического разложения составляла всего 30% в течение 25 минут. Эффективность фотокаталитического разложения чистого Ag ₃ ЗП ₄ составила 69% после 25 мин облучения. Скорость фотокаталитического разложения TiO ₂ 300 / Ag ₃ ЗП ₄ достиг 40% через 25 мин. Скорость фотокаталитического разложения TiO ₂ 500 / Ag ₃ ЗП ₄ составила 80% после 25 мин облучения. Лучшая фотокаталитическая активность - TiO ₂. 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , и 100% RhB разложилось через 25 минут освещения.

а Влияние различных катализаторов на фотокаталитическую деградацию RhB в видимом свете. б Графики кинетической подгонки первого порядка фотокаталитического разложения RhB с различными катализаторами. c Циклические прогоны TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ . г Эксперименты по отлову активных видов

На рис. 5б изучалась кинетическая модель фотокаталитической деградации RhB. Из рисунка видно, что фотодеградация RhB отслеживалась кинетикой псевдопервого порядка и константой скорости реакции ( k ) рассчитывалась по наклону аппроксимирующих кривых. Константа скорости реакции ( k ) значения для каждого образца показаны в таблице 1. Константы скорости реакции TiO ₂ 400, Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ ЗП ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ , и TiO ₂ 500 / Ag ₃ ЗП ₄ были 0,00345 мин ⁻¹ , 0,01148 мин ⁻¹ , 0,00525 мин ⁻¹ , 0,02286 мин ⁻¹ , и 0,01513 мин ⁻¹ , соответственно. Образец TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ имеет самую большую константу скорости реакции, которая составляет 0,02286 мин ^-1 , вдвое больше, чем у Ag ₃ ЗП ₄ и в 6,6 раз больше минимального значения TiO ₂ 400. Это означает, что комбинация Ag ₃ ЗП ₄ и TiO ₂ может внести большой вклад в улучшение Ag ₃ ЗП ₄ фотокаталитическая активность.

На рис. 5с показан результат испытания стабильности четырехкратного разложения раствора RhB путем рециркуляции TiO ₂. 400 / Ag ₃ ЗП ₄ . Эффект разложения TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ демонстрирует хорошую стабильность при четырехкратной переработке, а в четвертом цикле эксперимента - эффект разложения TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ был немного выше, чем у третьего цикла. Это может быть связано с образованием композитного материала между Ag ₃ ЗП ₄ и TiO ₂ для ускорения переноса фотогенерируемых электронно-дырочных пар и образования небольшого количества Ag в Ag ₃ in situ ЗП ₄ во время фотокатализа, чтобы предотвратить дальнейшую фотокоррозию.

Результаты TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ коэффициенты захвата показаны на рис. 5d. После добавления улавливающего агента IPA активность разложения частично снизилась. Когда были добавлены BQ и TEOA, степень разложения RhB значительно снизилась, даже близко к 0. Следовательно, мы можем сделать вывод, что основными факторами являются дыры (h ⁺ ) и супероксид-анионы (O · - 2), а гидроксильный радикал (· OH) частично разлагается.

Возможный механизм фотокаталитического разложения Z-схемы был предложен на схеме 1 для расширения фотокаталитического разложения RhB под действием TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ основан на экспериментах по захвату свободных радикалов и фотодеградации. Ширина запрещенной зоны Ag ₃ ЗП ₄ составляет 2,45 эВ, а его E _CB и E _VB потенциал составляют около 0,45 эВ и 2,9 эВ (по сравнению с NHE) [18] соответственно. Как показано на схеме 1, при облучении видимым светом Ag ₃ ЗП ₄ стимулируется фотонами с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны, с образованием фотогенерированных электронно-дырочных пар. Отверстия, оставшиеся в валентной зоне Ag ₃ ЗП ₄ мигрировал в валентную зону TiO ₂ а затем непосредственно участвовал в процессе окисления и разложения RhB, который адсорбировал на поверхности TiO ₂ . В то же время при миграции фотогенерированных дырок H ₂ О и ОН ^- адсорбированный на поверхности композита также может окисляться с образованием · ОН, а сильно окисляющий · ОН может дополнительно окислять и разлагать загрязнители. В основном это связано с энергией дырок в валентной зоне Ag ₃ ЗП ₄ что на 2,9 эВ выше, чем потенциальная энергия реакции OH ^- / ОН (E (ОН ^- / OH) =1,99 эВ (относительно NHE)). Однако потенциал проводимости Ag ₃ ЗП ₄ составляет 0,45 эВ, энергия фотогенерированных электронов составляет 0,45 эВ, а энергия активации одноэлектронного кислорода E (O ₂ / O · - 2) =0,13 эВ (относительно NHE). Фотогенерированные электроны на Ag ₃ ЗП ₄ зона проводимости не может быть захвачена растворенным кислородом. При накоплении фотогенерированных электронов на Ag ₃ ЗП ₄ В зоне проводимости образовалось небольшое количество наночастиц Ag из-за фотокаталитической коррозии Ag ₃ ЗП ₄ фотокатализатор. Сформированные наночастицы Ag также можно стимулировать световой энергией с образованием фотогенерированных электронно-дырочных пар. Затем электроны мигрировали в зону проводимости TiO ₂. , в то время как дырки, оставшиеся на наночастицах Ag, могут быть объединены с фотогенерированными электронами, генерируемыми в зоне проводимости Ag ₃ ЗП ₄ , тем самым предотвращая дальнейшую коррозию Ag ₃ ЗП ₄ фотокатализатор. Из-за запрещенной зоны TiO ₂ составляет 3,1 эВ, он не может быть возбужден видимым светом, а E _CB и E _VB ок. - 0,24 эВ и 2,86 эВ (по сравнению с NHE) соответственно. Электроны, инжектированные в TiO ₂ зона проводимости может разлагать загрязняющие вещества за счет улавливания кислорода, адсорбированного на TiO ₂ поверхность. В основном это связано с E _CB =- 0,24 эВ (по сравнению с NHE), что более отрицательно, чем E (O ₂ / O · - 2) =0,13 эВ (относительно NHE). Результаты соответствуют экспериментам по улавливанию. Основными факторами являются дыры (h ⁺ ) и супероксид-анионы (O · - 2), а гидроксильный радикал (· OH) частично разлагается.

Схематическое изображение фотокаталитического механизма TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄

Основываясь на приведенном выше обсуждении, реакция разложения TiO ₂ / Ag ₃ ЗП ₄ выражается химическим уравнением следующим образом:

Генерация пар фотоэлектронных дырок:

$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4+ \ mathrm {hv} \ to {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) $$$$ {\ mathrm {Ag}} ^ {+} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) \ to \ mathrm {Ag} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$$$ \ mathrm {Ag} + \ mathrm {hv} \ to \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ справа) $$

Миграция и трансформация фотогенерированных дырочных электронных пар:

$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + \ mathrm {Ti} {\ mathrm { O}} _ 2 \ to \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) \ to \ mathrm {Ag} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O} } _4 $$$$ \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ to \ mathrm {Ti} { \ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} $$$$ \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ( {\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + {\ mathrm {O}} _ 2 \ to {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ cdotp -} + \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O }} _ 2 $$$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) +0 {\ mathrm {H}} ^ {-} \ to \ mathrm {OH} \ cdotp + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$

Разложение загрязняющих веществ:

$$ \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + \ mathrm {RhB} \ to \ mathrm {Degradation} \ \ mathrm {product } + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} $$$$ {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ cdotp -} + \ mathrm {RhB} \ to \ mathrm {Degradation} \ \ mathrm {product} + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} $$$$ \ mathrm {OH} \ cdotp + \ mathrm {RhB } \ to \ mathrm {Degradation} \ \ mathrm {product} + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} + {\ mathrm {Cl}} ^ {-} $ $

Выводы

Таким образом, всестороннее исследование композитного Ag ₃ ЗП ₄ / TiO ₂ представлен фотокатализатор, приготовленный простым двухэтапным методом. Дополнительные инструменты характеризации, такие как дифракция рентгеновских лучей (XRD), сканирующая электронная микроскопия (SEM), просвечивающая электронная микроскопия (TEM), просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (HR-TEM), энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX), X В этом исследовании использовались фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и УФ-видимая спектроскопия диффузного отражения (DRS). Результаты показали, что композит Ag ₃ ЗП ₄ / TiO ₂ фотокатализатор имеет высокую степень кристаллизации и хорошую морфологию. Для Ag ₃ ЗП ₄ / TiO ₂ разложение RhB, TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ проявляет наивысшую фотокаталитическую активность. После 25 мин реакции скорость фотокаталитического разложения достигла почти 100%. Константа скорости реакции TiO ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ 0,02286 мин ⁻¹ , что вдвое больше, чем у Ag ₃ ЗП ₄ и в 6,6 раз больше минимального значения TiO ₂ 400. ТиО ₂ 400 / Ag ₃ ЗП ₄ также демонстрирует хорошую стабильность после четырехкратной переработки. Основными активными каталитическими частицами являются дырки (h ⁺ ) и супероксид-анионы (O · - 2), в то время как гидроксильный радикал (· OH) частично разрушается в результате экспериментов по улавливанию. Кроме того, Z-схема механизма реакции Ag ₃ ЗП ₄ / TiO ₂ Предложена гетерогенная структура для объяснения механизма деградации RhB. Накопление фотогенерированных электронов на Ag ₃ ЗП ₄ проводящая полоса вызывает фототравление Ag ₃ ЗП ₄ фотокатализатор для образования небольшого количества наночастиц Ag, что, следовательно, ускоряет перенос фотогенерированных электронов в Ag ₃ ЗП ₄ зона проводимости, таким образом предотвращая дальнейшее распространение Ag ₃ ЗП ₄ фотокатализатор коррозии.

Доступность данных и материалов

Авторы заявляют, что материалы и дата доступны читателям в кратчайшие сроки без чрезмерных оговорок в соглашениях о передаче материалов. Все данные, полученные в этом исследовании, включены в эту статью.