Синтез и усиленное фотоокаталитическое деградация رودамина B гетероструктурами Ag₃PO₄/T-ZnO усов

Аннотация

Гетероструктуры Ag₃PO₄/тетраподоподобные ZnO усы (T-ZnOw) были приготовлены простым методом осаждения. Полученные гетероструктуры характеризовали рентгеновской дифракцией, сканирующей электронной микроскопией, трансляционной электронной микроскопией, высокой разрешением трансляционной электронной микроскопией, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией и УФ-Vis диффузной рефлектометрией. Фотоокаталитическая активность Ag₃PO₄/T-ZnOw оценивали деградацией رودамина B (RhB) под видимым светом. Когда молярное соотношение Ag₃PO₄ к T-ZnOw составляло 10% (Ag₃PO₄/T-ZnOw-2), достигалась наивысшая эффективность деградации (92,9%) среди гетероструктур. Константа скорости фото 데градации Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 (0,05179 мин⁻¹) была в 3,59 раза выше, чем у T-ZnOw (0,01444 мин⁻¹). Кроме того, фотоокатализатор Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 все еще обладал эффективностью деградации 77,8% после четырех последовательных циклов. Катализатор Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 имел гораздо более высокую фотоокаталитическую активность, чем чистый T-ZnOw, и лучшую стабильность и повторное использование, чем чистый Ag₃PO₄. Эффект разных скупщиков на эффективность деградации исследовали, и возможный фотоокаталитический механизм Ag₃PO₄/T-ZnOw фотоокатализатора также предложили.

Введение

Загрязнение сточных вод красителями от текстильной промышленности было серьезной экологической проблемой в последние десятилетия из-за небиоразлагаемости и потенциальной канцерогенности. В настоящее время исследователи изучали различные техники для обработки загрязнителей в сточных водах. Полупроводниковая фотоокаталитическая технология считалась эффективным способом очистки загрязненной воды [1-6]. Оксид цинка (ZnO), экологически чистый фотоокаталитический материал, широко изучался благодаря своим особенностям низкой стоимости, высокой управляемости и термической и химической стабильности [7-11]. К сожалению, широкая запрещенная зона (3,37 эВ) ZnO сдерживает его крупномасштабное практическое применение в видимом свете [12]. Кроме того, низкая скорость разделения фотогенерируемых электрон-дырочных пар также ограничивает фотоокаталитическую производительность ZnO. Для модификации ZnO фотоокатализаторов эффективной стратегией является смещение полосы поглощения из ультрафиолета в видимый диапазон, позволяя поглощать больше энергии из солнечного излучения и усилять использование солнечного света [13]. Известно, что связывание ZnO с узкозонными полупроводниками может быть эффективным способом поглощения большего количества энергии из солнечного излучения и усиления фотоокаталитической активности. Кроме того, формирование гетероструктур с правильно согласованной запрещенной зоной также может усилить разделение заряженных носителей в фотоокатализаторах. Например, сообщались AgBr/ZnO [14], ZnO/BiOI [15], ZnO/AgI [16], Ag₃VO₄/ZnO [17], Ag₂CO₃/ZnO [18], Ag₂O/ZnO [19] и BiVO₄/ZnO [20].

Недавно серебряный ортофосфат (Ag₃PO₄) привлек значительное внимание как перспективный материал для связывания из-за узкой запрещенной зоны (около 2,4 эВ) [21], который показывал высокую эффективность фото деградации органических загрязнений в водном растворе под видимым светом [22-25]. Однако Ag₃PO₄ может быть восстановлен до Ag⁰ в процессе фотоокатализа из-за фотокоррозии фотогенерируемых электронов под видимым светом, что может снизить структурную стабильность и повторное использование и сильно ограничить долгосрочное применение для очистки воды [23, 26-28]. Кроме того, использование большого количества дорогого серебря-содержащего материала в фотоокаталитической системе сильно увеличило эксплуатационные расходы. Как сообщалось ранее, стабильность Ag₃PO₄ может быть усилена приготовлением композитов над поддерживающим материалом с согласованной электронной структурой, и композиты показывали отличную фотоокаталитическую производительность одновременно [27, 29-31].

В этой работе мы осадили частицы Ag₃PO₄ на поверхности T-ZnOw простым in situ методом осаждения при комнатной температуре. В композитах Ag₃PO₄/T-ZnOw, T-ZnOw работает как подложка, которая имеет уникальную форму и структуру, низкую плотность родных дефектов и большую удельную площадь поверхности [32-35]. Фотоокаталитическая активность композитов Ag₃PO₄/T-ZnOw изучали декомпозицией RhB под облучением видимым светом, и стабильность также определяли. Кроме того, возможный фотоокаталитический механизм также подробно обсуждали.

Методы

Материалы

T-ZnOw получены от Chengdu Crystrealm Co. Ltd. (Чэнду, Китай). Нитрат серебра (AgNO₃, > 99,8%) приобрели у Tianjin Fengchuan Chemical Reagent Co. Ltd. (Тяньцзинь, Китай). Дибазный фосфат натрия додекагидрат (Na₂HPO₄·12H₂O, 99,0%) и бензокинон (BQ) приобрели у Aladdin Reagents Company (Шанхай, Китай). RhB предоставила Macklin Biochemical Company (Шанхай, Китай). Изопропиловый спирт (IPA) получили от Tianjin Kemiou Chemical Co. Ltd. (Тяньцзинь, Китай). Диэтилдитиокарбамат натрия (EDTA-2Na) приобрели у Tianjin Shentai Chemical Industry Co. Ltd. (Тяньцзинь, Китай). Абсолютный этанол получили от Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Шанхай, Китай). Деионизированная вода с удельным сопротивлением 18,2 МОм·см использовалась во всех случаях из системы очистки воды ULUPURE (Чэнду, Китай).

Приготовление фотоокатализаторов

Метод in situ осаждения использовали для приготовления композитов Ag₃PO₄/T-ZnOw, и молярные соотношения Ag₃PO₄ к T-ZnOw составляли 5%, 10% и 15% соответственно. Продукты маркировали как Ag₃PO₄/T-ZnOw-1, Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 и Ag₃PO₄/T-ZnOw-3 соответственно. Например, для образца Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, 0,1 г T-ZnOw и 0,0440 г Na₂HPO₄·12H₂O диспергировали в 100 мл деионизированной воды ультразвуком и затем магнитным перемешиванием. Затем 0,0626 г AgNO₃, растворенное в 50 мл деионизированной воды, медленно добавляли к вышеуказанной суспензии шприцем, закрепленным на шприцевом насосе под магнитным перемешиванием. После этого реакционную систему держали под перемешиванием 3 ч. Осадок Ag₃PO₄/T-ZnOw собирали центрифугированием, тщательно мыли деионизированной водой и абсолютным этанолом, и затем сушили в термостате при 60 °C. Для сравнения чистый Ag₃PO₄ приготовляли по тому же процессу в отсутствии T-ZnOw.

Характеризация

Рентгеновская дифракция (XRD) измерения проводили на дифрактометре Rigaku SmartLab с использованием Cu K-α излучения со скоростью сканирования 10°/мин. Морфологию композитов изучали сканирующей электронной микроскопией (SEM, JSM-7200F, JEOL, Япония). Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS), присоединенная к SEM инструменту, использовалась для определения химического состава продукта. TEM и HRTEM изображения получали с помощью трансляционного электронного микроскопа JEM-2100F. XPS измерения записывали на Thermo ESCALAB 250XI, и энергии связи (BE) калибровывали относительно пика C1s при 284,6 эВ. УФ-Vis диффузные рефлектометрические спектры (DRS) получали с помощью УФ-Vis-NIR спектрофотометра (Cary5000, Agilent Technologies, США) с политетрафторэтиленом как эталоном. Фотолюминесцентные (PL) эмиссионные спектры образцов измеряли флуоресцентным спектрофотометром F-7000 (Hitachi, Япония) с длиной волны возбуждения 355 нм.

Фотоокаталитические эксперименты

Фотоокаталитические эксперименты тестировали через фото деградацию RhB под видимым светом. Эксперименты проводили в 250-мм стеклянном колбе с водяным охлаждением для поддержания постоянной температуры системы при комнатной температуре. 300-В ксеноновая лампа с 420-нм отсекающим фильтром обеспечивала видимый свет. Сорок миллиграмм композита Ag₃PO₄/T-ZnOw добавляли в 100 мл 10 мг/л раствора RhB. Перед включением ксеноновой лампы суспензии перемешивали в темноте 30 мин для достижения адсорбционно-десорбционного равновесия. Расстояние между источником света и поверхностью суспензии составляло 15 см. Каждые 10 мин 3 мл суспензии собирали и центрифугировали для получения чистой жидкости, затем анализировали на УФ-Vis спектрофотометре TU-1901 (Puxi, Китай) при 554 нм. Эффективность фотоокаталитической деградации рассчитывалась по следующей формуле:

η = (1 - C/C₀) × 100%

где C₀ — начальная концентрация RhB, а C — концентрация RhB после освещения в момент времени t, который варьируется во времени реакции.

Результаты и обсуждение

На рис. 1 показаны XRD паттерны композитов Ag₃PO₄/T-ZnOw с разными молярными соотношениями Ag₃PO₄, вместе с T-ZnOw и Ag₃PO₄. Паттерны показывали, что T-ZnOw был согласован со стандартным паттерном ZnO гексагональной вурицевитной фазы (JCPDS № 36-1451) (рис. 1a), в то время как Ag₃PO₄ был кристаллом кубической фазы (JCPDS № 06-0505) (рис. 1e). Композиты Ag₃PO₄/T-ZnOw (рис. 1b-d) демонстрировали сосуществование как Ag₃PO₄, так и T-ZnOw. С увеличением молярных соотношений Ag₃PO₄ интенсивности пиков Ag₃PO₄ заметно усиливались, в то время как T-ZnOw уменьшались одновременно. Пики композитов Ag₃PO₄/T-ZnOw были очевидно связаны с T-ZnOw и Ag₃PO₄, и никакие другие новые кристаллические фазы не находились, показывая, что нагрузка Ag₃PO₄ не изменила кристаллическую фазу T-ZnOw. Эти результаты раскрыли, что частицы Ag₃PO₄ успешно осадились на поверхностях T-ZnOw, и гетероструктуры Ag₃PO₄/T-ZnOw были получены.

На рис. 2 показаны SEM изображения T-ZnOw, Ag₃PO₄ и гетероструктур Ag₃PO₄/T-ZnOw, вместе с TEM и HRTEM изображениями Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. T-ZnOw с довольно гладкой поверхностью имел четыре ноги, растущие из общего ядра и простирающиеся в окружающее пространство. Это простражение способствовало сборке в хорошую сеть с механической прочностью за счет соединения ног друг с другом. Чистый Ag₃PO₄ демонстрировал неправильную сферическую форму с диаметром 150-500 нм. Размер T-ZnOw был на микронном уровне, тогда как размер Ag₃PO₄ был на наномасштабном уровне. На рис. 2c-e показаны SEM изображения гетероструктур Ag₃PO₄/T-ZnOw. Можно было найти, что наноразмерные частицы Ag₃PO₄ осаждались на трехмерной (3D) поддерживающей структуре T-ZnOw. Количество и размер частиц Ag₃PO₄ увеличивались с увеличением молярных соотношений Ag₃PO₄. Когда молярное соотношение Ag₃PO₄ составляло 10%, средний диаметр частиц Ag₃PO₄ был около 150 нм, в то время как дальнейшее увеличение количества Ag₃PO₄ приводило к аггломерации частиц Ag₃PO₄ на поверхности T-ZnOw (рис. 2e). На рис. 2f показано TEM изображение контактного интерфейса Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. Наноразмерные частицы Ag₃PO₄ были прикреплены к поверхности T-ZnOw с хорошим контактом. Вставка показывала HRTEM изображение красной прямоугольной области Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, и решеточное расстояние 0,240 нм соответствует кристаллической плоскости (211) Ag₃PO₄. Вставка рис. 2d показывала EDS спектр, соответствующий прямоугольной области SEM изображения образца Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. Образец состоял из четырех элементов: Zn, Ag, O и P, что согласовывалось с XPS результатами.

XPS измерения проводили для изучения элементного состава и химических состояний образца Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. На рис. 3a показан обзорный XPS спектр и указывал на существование Zn, Ag, O и P. На рис. 3b показан высокое разрешение XPS спектр Zn 2p, и два пика энергии связи при 1021,5 и 1044,6 эВ могли быть приписаны Zn 2p₃/₂ и Zn 2p₁/₂ T-ZnOw соответственно [36]. Два пика, расположенные при 367,2 и 373,2 эВ, могли быть атрибутированы Ag 3d₅/₂ и Ag 3d₃/₂ в XPS спектре Ag 3d орбитали (рис. 3c), что было характеристикой Ag⁺ [11]. Как видно из XPS спектра O 1s на рис. 3d, было три пика при 529,9, 531,2 и 532,5 эВ, которые могли быть атрибутированы кислородным решеткам в T-ZnOw [33], Ag₃PO₄ [37] и адсорбированным –OH группам на поверхности Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 соответственно. Слабая и широкая полоса с центром при 132,3 эВ на рис. 3e могла быть атрибутирована характерному P 2p из Ag₃PO₄ [38]. XPS результаты дополнительно доказали, что Ag₃PO₄ и T-ZnOw были скомбинированы.

УФ-Vis DRS измеряли для изучения оптических поглощающих свойств гетероструктур Ag₃PO₄/T-ZnOw, вместе с T-ZnOw и Ag₃PO₄ (рис. 4a). Можно было наблюдать, что край поглощения T-ZnOw и Ag₃PO₄ составлял около 400 и 510 нм соответственно. По сравнению с T-ZnOw, гетероструктуры Ag₃PO₄/T-ZnOw демонстрировали увеличивающиеся интенсивности поглощения в видимой области света с увеличением молярных соотношений Ag₃PO₄. Расширенный диапазон поглощения и усиленная абсорбция гетероструктур Ag₃PO₄/T-ZnOw в видимой области света были выгодны от введения более узкой запрещенной зоны Ag₃PO₄. Вышеуказанные результаты указывали на то, что гетероструктуры Ag₃PO₄/T-ZnOw были потенциальными фотоокатализаторами, управляемыми видимым светом. Кроме того, энергия запрещенной зоны T-ZnOw и Ag₃PO₄ оценивали функцией Кубелки-Мунка [39]. Согласно графику (αhv)² против энергии, показанному на рис. 4b, значение запрещенной зоны T-ZnOw и Ag₃PO₄ составляло около 3,16 и 2,42 эВ соответственно.

Фото деградация RhB использовалась для оценки фотоокаталитической активности T-ZnOw, Ag₃PO₄/T-ZnOw-1, Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, Ag₃PO₄/T-ZnOw-3, Ag₃PO₄ и смеси T-ZnOw (26,41 мг) и Ag₃PO₄ (13,59 мг) под видимым светом. На рис. 5a показана фотоокаталитическая активность разных образцов для деградации RhB. После облучения 50 мин эффективность деградации T-ZnOw, Ag₃PO₄/T-ZnOw-1, Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, Ag₃PO₄/T-ZnOw-3, Ag₃PO₄ и смеси составляла 52,5%, 85,3%, 92,9%, 79,9%, 96,9% и 62,9% соответственно. Физическая смесь T-ZnOw и Ag₃PO₄, имевшая ту же пропорцию композиции, что и Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, демонстрировала более низкую эффективность деградации RhB, чем Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, что подразумевает, что гетероструктуры Ag₃PO₄/T-ZnOw были сформированы. С увеличением молярных соотношений Ag₃PO₄ эффективность деградации RhB сначала увеличивалась, а затем уменьшалась, и Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 показывал наивысшую эффективность деградации среди гетероструктур, что было очень близко к Ag₃PO₄. Аггломерированные частицы Ag₃PO₄ в образце Ag₃PO₄/T-ZnOw-3 влияли на размер и дисперсию Ag₃PO₄. Известно, что меньший размер частиц уменьшает возможность рекомбинации электрон-дырочных пар, тем самым улучшая фотоокаталитическую производительность материала. Кроме того, большой размер частиц Ag₃PO₄ в образце Ag₃PO₄/T-ZnOw-3 может ослабить удерживающую силу между T-ZnOw и Ag₃PO₄ и разрушить гетероструктуру, что ограничило бы фотоокаталитическую активность. Фото деградация RhB следовала псевдо-первому порядку реакции, как показано на рис. 5b. На рис. 5c показаны константы скорости деградации разных фотоокатализаторов, и тренд был тем же, что и эффективность деградации. Константа скорости фото деградации Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 (0,05179 мин⁻¹) была в 3,59 раза выше, чем у T-ZnOw (0,01444 мин⁻¹). Вышеуказанные результаты четко указывали на то, что фотоокаталитическая активность T-ZnOw была усилена модификацией Ag₃PO₄. Улучшенная фотоокаталитическая активность гетероструктур Ag₃PO₄/T-ZnOw была обусловлена усиленной интенсивностью поглощения видимого света за счет нагрузки Ag₃PO₄ на поверхность T-ZnOw, что позволяло гетероструктурам Ag₃PO₄/T-ZnOw производить фотогенерированные носители для фото деградации RhB под видимым светом. Следует отметить, что Ag₃PO₄ казался имеющим лучшую фотоокаталитическую активность среди приготовленных образцов. Тем не менее, Ag₃PO₄ демонстрировал более низкую стабильность по сравнению с Ag₃PO₄/T-ZnOw, показанную в следующем обсуждении, что влияло на его долгосрочное использование.

Правильные дозы фотоокатализатора в системе фото деградации могут снизить затраты с экономической точки зрения. На рис. 6a показано влияние дозировок корма Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 на эффективность деградации. Эффективность деградации очевидно увеличивалась с увеличением дозы от 0,2 до 0,4 г/л и уменьшалась после этого. С увеличением доз катализатора мутность раствора увеличивалась и проникновение света в реакционную систему одновременно уменьшалось. Меньшее поглощение видимого света фотоокатализатором могло снизить эффективность деградации при большей дозе фотоокатализатора [40, 41].

Эффект разных начальных концентраций RhB на фотоокаталитическую активность Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 изучали и показывали на рис. 6b. Когда начальные концентрации составляли 5 мг/л, 10 мг/л и 15 мг/л, эффективность деградации RhB составляла 98,2%, 92,9% и 70,4% соответственно. Уменьшение эффективности деградации может быть связано с уменьшением фотонов, поглощенных катализатором, в результате увеличения длины пути фотонов, входящих в раствор с более высокими начальными концентрациями. Другая причина может быть в большем количестве промежуточных продуктов, формирующихся при более высоких начальных концентрациях RhB, которые могли формировать адсорбционную конкуренцию с исходными реагентами [42, 43]. Однако слишком низкая начальная концентрация не может полностью показать фото деградационную способность катализатора. Поэтому начальная концентрация раствора RhB в эксперименте предпочтительно была 10 мг/л.

Стабильность и повторное использование фотоокатализатора критичны для измерения его практического применения [44]. Известно, что фотоокатализатор Ag₃PO₄ может быть легко восстановлен до Ag фотокоррозией, что ограничивает его долгосрочное практическое применение. На рис. 7 показаны эксперименты по переработке для деградации RhB над Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 и Ag₃PO₄. После четырех последовательных циклов эффективность деградации Ag₃PO₄ была очевидно ниже, чем у Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. Представленные выше результаты продемонстрировали, что в то время как фотоокатализатор Ag₃PO₄ показывал несколько более высокую фотоокаталитическую активность при первом использовании, гетероструктуры Ag₃PO₄/T-ZnOw казались потенциальными для долгосрочных применений благодаря усиленной стабильности. Чистый фотоокатализатор Ag₃PO₄ нестабилен, если в фотоокаталитическом процессе не добавляется жертвенный реагент [45]. Растворимость чистого Ag₃PO₄ в водном растворе относительно высока, что приводит к снижению его стабильности в процессе фотоокатализа [25]. Ag₃PO₄ может быть восстановлен до металлического Ag фотогенерируемыми электронами, и определенное количество Ag может образовать структуру Ag/Ag₃PO₄/T-ZnOw. Дальнейшая фотокоррозия Ag₃PO₄ в композите Ag/Ag₃PO₄/T-ZnOw может быть ингибирована переносом электронов из зоны проводимости Ag₃PO₄ к металлическому Ag [46]. После того как частицы Ag₃PO₄ были закреплены на поверхностях T-ZnOw, частицы Ag₃PO₄ и T-ZnOw имели интимный контакт друг с другом, и гладкие поверхности T-ZnOw служили идеальным убежищем для Ag₃PO₄ и заставляли меньше количество Ag₃PO₄ отделяться в водном растворе, что было похоже на сообщенную гетероструктуру Ag₃PO₄/BiVO₄ [47]. Таким образом, гетероструктура Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 демонстрировала хорошую фотоокаталитическую стабильность и обладала эффективностью деградации 77,8% после экспериментов по переработке.

Эффект разных скупщиков на эффективность деградации RhB Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 показан на рис. 8 после облучения 50 мин. После добавления IPA, BQ и EDTA-2Na эффективность деградации снизилась до 38,8%, 65,6% и 82,6% соответственно, указывая на то, что гидроксильные радикалы (·OH) и супероксидные радикалы (·O₂⁻) были основными активными видами, а дырочки (h⁺) играли частичную роль в фотоокаталитическом обесцвечивании. Полоса позиции Ag₃PO₄ и T-ZnOw рассчитывали по следующему уравнению [18]:

E_VB = X - E⁰ + 0.5E_g
E_CB = E_VB - E_g

где X — абсолютная электроотрицательность полупроводника, а E_g — энергия запрещенной зоны. Значение X для Ag₃PO₄ и ZnO составляют 6,16 [48] и 5,76 эВ [49] соответственно. Согласно запрещенной зоне, достигнутой на рис. 4, E_VB Ag₃PO₄ и T-ZnOw рассчитывали как 2,87 и 2,84 эВ, а их гомологичные E_CB составляли 0,45 и −0,32 эВ соответственно.

Возможный механизм фотоокаталитической деградации RhB мог быть предложен на основе вышеуказанных результатов, как показано на Схеме 1. Потенциал зоны проводимости (CB −0,32 эВ) и потенциал валентной зоны (VB 2,84 эВ) T-ZnOw были более отрицательными, чем те Ag₃PO₄ (CB 0,45 эВ; VB 2,87 эВ). Возбужденный Ag₃PO₄ мог производить электрон-дырочные пары под видимым светом. Следовательно, фотогенерированные дырочки могли переходить из VB Ag₃PO₄ в пустую VB T-ZnOw, что способствовало эффективному разделению фотогенерированных электронов и дырочек. Часть фотогенерированных дырочек реагировала с адсорбированной H₂O для формирования ·OH как основного активного вида, а другая часть дырочек, адсорбированных на поверхности гетероструктуры, могла напрямую участвовать в фото деградации RhB. Однако потенциал CB Ag₃PO₄ составлял 0,45 эВ, что было выше потенциала восстановления O₂/·O₂⁻ (−0,33 эВ) [29]. Фотогенерированные электроны на зоне проводимости Ag₃PO₄ не могли реагировать с растворенным кислородом для формирования ·O₂⁻. Небольшое количество металлического Ag могло быть сформировано реакцией между Ag⁺ из Ag₃PO₄ и фотогенерированными электронами под видимым светом, что могло быть доказано XPS спектром Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 после облучения 50 мин в фотоокаталитической реакции. На рис. 9a показан Ag3d XPS спектр образца Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 после фотоокатализа 50 мин. Пик при 367,2 и 373,2 эВ мог быть атрибутирован Ag⁺ ионам, а пик при 368,3 и 374,2 эВ был приписан металлическому Ag [11]. Затем фотогенерированные электроны на зоне проводимости Ag₃PO₄ могли переноситься к металлическому Ag, тем самым ингибируя рекомбинацию электрон-дырочных пар. Кроме того, фотогенерированные электроны могли быть захвачены растворенным кислородом для формирования ·O₂⁻, которое играло одну из основных ролей в фото деградации RhB. Все эти фотогенерированные реактивные виды (·OH, ·O₂⁻ и h⁺) могли реагировать с RhB для формирования CO₂ и H₂O и в конечном итоге усиливать фотоокаталитическую производительность для деградации RhB. На рис. 9b представлены PL спектры Ag₃PO₄ и Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 с длиной волны возбуждения 355 нм. По сравнению с чистым Ag₃PO₄, интенсивность Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 показала снижение флуоресценции, что в основном атрибутировалось эффективному переносу заряженных носителей между Ag₃PO₄ и T-ZnOw. PL результаты были согласованы с предложенным фотоокаталитическим механизмом.

Заключения

В сумме, гетероструктуры Ag₃PO₄/T-ZnOw успешно изготовлены простым in situ методом осаждения. Катализатор Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 демонстрировал превосходную фотоокаталитическую активность для деградации RhB, чем чистый T-ZnOw, и обладал лучшей стабильностью и повторным использованием по сравнению с чистым Ag₃PO₄. Под оптимальными условиями Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 показывал наивысшую фотоокаталитическую эффективность среди гетероструктур и все еще обладал эффективностью деградации 77,8% после четырех последовательных циклов. Эффективная фотоокаталитическая производительность фотоокатализатора Ag₃PO₄/T-ZnOw могла быть атрибутирована усиленному отклику видимого света. Фотоокатализатор Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 также показывал хорошую стабильность. Исследование эффекта разных скупщиков на эффективность деградации RhB продемонстрировало, что ·OH и ·O₂⁻ были основными активными видами. Предложили возможный механизм фото деградационного пути для RhB. Ag₃PO₄/T-ZnOw может быть одним из потенциальных фотоокатализаторов для использования в очистке водных загрязнителей.