Efek Sinergis Ag Nanoparticles/BiV1-xMoxO4 dengan Peningkatan Aktivitas Fotokatalitik

Abstrak

Dalam beberapa tahun terakhir, BiVO₄ telah menarik banyak perhatian sebagai fotokatalis baru karena kemampuannya yang sangat baik untuk menyerap cahaya tampak. Karya ini melaporkan perkembangan BiV yang dimodifikasi dengan Ag_1-x Mo_x O₄ komposit melalui sintesis hidrotermal yang lancar dengan reduksi Ag⁺ yang diinduksi foto berikutnya pada kondisi pH yang hampir netral. Nanopartikel logam Ag diendapkan pada sisi (040) BiVO yang didoping-Mo₄ bubuk. Struktur kristal dan morfologi sampel yang disiapkan dipelajari dengan analisis XRD dan SEM. Selain itu, kinerja fotokatalitik BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , dan BiV yang dimodifikasi dengan Ag_1-x Mo_x O₄ dievaluasi oleh degradasi rhodamin B (RhB). Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ komposit menunjukkan kinerja fotokatalitik yang paling efisien. Karya ini memberikan wawasan yang lebih luas tentang penerapan BiVO₄ di bidang fotokatalisis.

Latar Belakang

Mengingat meningkatnya pencemaran lingkungan dan krisis energi, pengembangan solusi yang efisien dan menjanjikan untuk mengurangi kekurangan energi dan melindungi lingkungan adalah yang terpenting [1, 2]. Semikonduktor berbasis fotokatalis, seperti Bi₂ WO₆ [3, 4], BiPO₄ [5, 6], Ag₃ PO₄ [7, 8], dan BiVO₄ [9,10,11,12,13], telah menarik banyak perhatian karena aplikasi mereka dalam degradasi polutan organik atau produksi hidrogen dari pemisahan air. Namun demikian, sebagian besar fotokatalis oksida yang ada memiliki efisiensi respons cahaya yang sangat rendah terutama karena mereka hanya merespons sinar ultraviolet karena celah pita yang sempit [14,15,16]. Selain itu, elektron yang diinduksi foto dapat dengan mudah bergabung kembali dengan lubang yang mengarah ke kinerja optik yang lebih rendah [17, 18].

Karena aktivitas fotokatalitiknya yang terlihat, celah pita lebar 2,42 eV, stabilitas tinggi, dan tidak beracun, bismut vanadat (BiVO₄ ) adalah fotokatalis semikonduktor tipe-n yang menjanjikan [19,20,21]. Namun, efisiensi transfer pembawa yang dihasilkan relatif buruk, yang mengarah pada rekombinasi elektron dan hole yang dihasilkan fotogenerasi, yang sangat membatasi kinerja fotokatalitik BiVO₄ . Berbagai penelitian telah menilai BiVO₄ modifikasi [20, 22,23,24], dan substitusi atau doping logam pada BiVO₄ telah ditunjukkan sebagai metode yang paling efisien untuk mengubah efisiensi transportasi pengangkutnya. Doping elemen logam memperkenalkan cacat atau muatan baru dalam kisi kristal [25], mempengaruhi gerakan elektron dan penciptaan lubang di bawah iradiasi cahaya [26, 27]. Penyesuaian status distribusi atau perubahan struktur pita dapat menyebabkan perubahan aktivitas semikonduktor [28]. Misalnya, Thalluri et al. [29] memperkenalkan heksavalen molibdenum (Mo) pada pH yang hampir netral untuk menggantikan V sambil mempertahankan rasio atom fBiVO₄ , yang mengarah pada pembentukan struktur kristal yang baik dan aktivitas fotokatalitik yang cukup besar untuk oksidasi air. Mo memiliki valensi yang lebih tinggi dari V dan oleh karena itu memperkuat karakteristik tipe-n material [30]. Selain itu, aktivitas fotokatalitik BiVO₄ sangat tergantung pada berbagai aspek kristalnya. Studi terbaru tentang pengendapan logam mulia, seperti Ag, Cu, dan Au, pada berbagai aspek BiVO₄ telah menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang baik [31,32,33]. Li dkk. [34] menghasilkan Ag/BiVO₄ komposit melalui sintesis hidrotermal dan fotoreduksi Ag yang diendapkan pada (400) segi kristal BiVO₄ , yang mengarah pada peningkatan kinerja fotoelektrokimia, seperti yang ditunjukkan oleh pemisahan cepat pasangan elektron-lubang.

Dalam penelitian ini, kami membangun pendekatan sintesis hidrotermal yang lancar dari Li et al. [29] untuk mendapatkan BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ dalam kondisi basa lemah, ditambah dengan deposisi fotoreduksi nanopartikel Ag pada aspek (040) dari bahan substrat yang diproduksi. Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ fotokatalis komposit berhasil disintesis dan menunjukkan peningkatan degradasi fotokatalitik rhodamin B (RhB) di bawah iradiasi lampu xenon (λ> 420 nm) dibandingkan dengan BiVO yang didepositkan dengan Ag atau didoping-Mo₄ non-komposit bahan. Di sini, kami melaporkan persiapan, karakterisasi, dan aktivitas fotokatalitik BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , dan Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ komposit.

Eksperimental

Sintesis BiVO₄ dan BiV_1-x Mo_x O₄ Bedak

Bismut nitrat pentahidrat (Bi(NO₃ )₃ ·5H₂ O, kadar analitik), amonium metavanadat (NH₄ VO₃ , kadar analitik), amonium karbonat, dan amonium molibdat ((NH₄ )₂ MoO₄ ) diperoleh dari Sigma-Aldrich dan digunakan saat diterima, tanpa pemurnian lebih lanjut. Semua bahan kimia lain yang digunakan dalam percobaan juga kelas analitis, dan air deionisasi digunakan untuk persiapan solusi. Dalam proses umum, 3,7 mmol Bi(NO₃ )₃ ·5H₂ O, 3,7 mmol NH₄ VO₃ , dan 12 mmol (NH₄ )₂ CO₃ dilarutkan dalam 75 mL 1 M HNO₃ dan diaduk selama kurang lebih 30 menit pada suhu kamar sampai diperoleh larutan yang jernih. PH campuran diatur ke pH 8 dengan NaOH (2 M). Campuran dipindahkan ke dalam autoklaf tahan karat 150 mL yang dilapisi Teflon dan dipanaskan selama 12 jam pada 180 °C di bawah tekanan autogenous dalam oven. Endapan disaring dan dicuci tiga kali dengan air suling diikuti dengan etanol dan dikeringkan selama 12 jam pada 60 °C dalam oven pengering.

Sampel yang didoping disiapkan dengan mengganti berat ekivalen NH₄ VO₃ dengan jumlah prekursor Mo. Mo yang berbeda diperkenalkan sedemikian rupa sehingga substitusi atom V nominal 0,5, 0,75, dan 1% tercapai.

Persiapan Ag/BiVO₄ dan Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ Sampel

BiVO₄ (0,50 g) dan AgNO₃ (0,05 g) ditambahkan ke (NH₄ )₂ C₂ O₄ (0.8 g L⁻¹ , 100 mL) larutan berair dalam gelas kimia 250 mL dalam penangas ultrasonik sampai terbentuk larutan yang tersebar merata. Campuran kuning yang dihasilkan kemudian disinari dengan lampu Xenon selama 30 menit dengan pengadukan magnetis. Warna sistem berubah dari kuning cerah menjadi hijau keabu-abuan, menunjukkan generasi Ag logam dalam sistem reaksi. Sampel yang dihasilkan kemudian disaring, dicuci dengan air DI, dan dikeringkan pada suhu 60 °C selama 12 jam untuk mendapatkan Ag/BiVO₄ dan Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ komposit.

Aktivitas Fotokatalitik

Penilaian aktivitas fotokatalitik dilakukan dengan menggunakan laju degradasi RhB. Sistem eksperimental untuk fotodegradasi dikalibrasi pada panjang gelombang cut-off UV di bawah 420 nm, dan tinggi penyinaran lampu Xenon mendekati ketinggian gelas kimia 250 mL. Dalam prosedur umum, fotokatalis yang disiapkan (0,1 g) terdispersi dengan baik dalam larutan berair RhB (150 mL, 10 mg L⁻¹ ) di bawah ultrasonikasi dalam reaktor kaca yang dilengkapi dengan sirkulasi air pendingin untuk mempertahankan suhu sistem reaksi suhu kamar. Suspensi diaduk selama 30 menit dalam gelap untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi-desorpsi dan kemudian disinari selama 2 jam dengan lampu Xenon (300 W) sambil terus diaduk. Sebuah alikuot 5 mL suspensi diambil setiap 30 menit dan disentrifugasi. Spektrum penyerapan supernatan cair yang diperoleh diukur dengan mengacu pada intensitas penyerapan RhB pada 552 nm.

Teknik Karakterisasi

Morfologi BiVO murni₄ dan komposit yang didekorasi diselidiki dengan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FESEM, S4800) dan mikroskop elektron transmisi (TEM; JEM-2100F, JEOL). Analisis unsur dilakukan dengan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS; VGESCA-LAB MKII) dengan sumber sinar-X Mg Kα non-monokromatik. Fasa kristal dari sampel ditentukan dengan difraksi sinar-X (XRD; Bruker D8) dengan radiasi Cu Kα. Inductively coupled plasma (ICP) digunakan untuk menganalisis komposisi unsur sampel. Selain itu, pengukuran spektrum reflektansi difus UV–vis dilakukan menggunakan spektrofotometer Shimadzu (UV-2450) untuk mengevaluasi energi celah pita BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , dan Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ pada rentang panjang gelombang 360–800 nm.

Hasil dan Diskusi

Struktur kristalografi dan fase komposit yang disiapkan dikarakterisasi dengan analisis XRD (Gbr. 1a). Puncak difraksi tajam yang diamati pada BiVO4 yang disiapkan ditetapkan ke BiVO₄ konvensional fase karena mereka sesuai dengan standar (JCPDS) kartu no. 14-0688. Menurut pemisahan puncak yang diamati pada 18,7° dan 30.5°, yang menunjukkan faset (110) dan (040), BiVO₄ yang disiapkan material memiliki struktur scheelite monoklinik tunggal. Puncak difraksi pada 38,1° diamati pada fotokatalis terkait Ag (Gbr. 1a) yang sesuai dengan fase kristal (111) Ag logam (file JCPDS:65-2871). Hal ini menunjukkan bahwa fotoreduksi Ag⁺ ion memang terjadi, yang mengarah ke pengendapan nanopartikel Ag pada BiVO₄ dan BiV_1-x Mo_x O₄ permukaan. Namun demikian, karena kandungan Ag yang relatif rendah, puncak XRD tidak intens.

a Pola XRD dari BiVO murni₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , dan Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ . b Analisis EDX yang sesuai untuk Ag /BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2a, EDS mengkonfirmasi keberadaan spesies Ag, yang sesuai dengan hasil XRD. Elemen Bi (Gbr. 2b), O (Gbr. 2c), V (Gbr. 2d), Mo (Gbr. 2e), dan Ag (Gbr. 2f) semuanya terdistribusi secara merata di Ag/BiV_{1 -x} Mo_x O₄ komposit, dan hasilnya memverifikasi keberadaan Mo dan Ag. Jumlah relatif Mo tampaknya tidak mempengaruhi struktur kristal atau fase. Rasio substitusi Mo dinilai dengan ICP (Tabel 1); kandungan atom Mo praktis dihitung menjadi 0,16% dalam Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ . Diamati bahwa, meskipun kandungan dopan nominal yang diperkenalkan dengan prekursor adalah 0,75%, jumlah Mo yang dihasilkan akhir dalam bahan yang didoping selalu lebih rendah dari yang diharapkan. Hasil serupa juga telah ditemukan pada penelitian sebelumnya, dan ada kemungkinan bahwa kerugian intrinsik dan penguapan dopan Mo terjadi selama proses sintesis hidrotermal [35, 36].

a –d Analisis pemetaan unsur terkait Bi, V, Ag, dan Mo dalam Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , masing-masing

Morfologi BiVO murni yang telah disiapkan₄ , Ag/BiVO₄ , dan Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ diselidiki oleh SEM (Gbr. 3). BiVO murni₄ menunjukkan morfologi irisan-lapisan dengan beberapa kelompok (Gbr. 3a, b). Untuk Ag/BiVO₄ , Ag metalik diamati terdispersi dengan baik pada faset kristal (040) (Gbr. 3c), yang sesuai dengan analisis XRD. Gambar Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ komposit pada perbesaran yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 3e, d. Nanopartikel Ag logam berbentuk seragam terlihat jelas pada permukaan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ (Gbr. 3d) kemungkinan karena eksposur permukaan (040) yang tinggi. Segi kristal ini telah terbukti memiliki mobilitas pembawa muatan yang baik [37]. Dengan demikian, morfologi yang diamati harus bermanfaat bagi kinerja fotokatalitik BiVO₄ yang didoping yang disintesis. bubuk. BiVO yang telah disiapkan₄ , Ag/BiVO₄ , dan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ sampel diamati lebih lanjut oleh TEM (Gbr. 4a). Jarak antar planar 0,475 nm terlihat jelas pada Gambar. 4b, sesuai dengan (110) segi kristalografi BiVO₄ (Kartu JCPDS No. 14-0688). Pinggiran kisi kristal pada 0,226 nm termasuk dalam bidang (111) partikel nano logam Ag di Ag/BiVO₄ dan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ sampel (Gbr. 4d, f). Berdasarkan analisis di atas, Ag logam berhasil diendapkan ke BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ permukaan, yang mengarah ke koneksi yang baik antara Ag dan BiVO yang didoping-Mo₄ dan mempromosikan pemisahan elektron dan lubang yang efektif dalam sistem komposit.

gambar SEM. a , b Gambar perbesaran rendah dan tinggi dari BiVO murni. c , d Gambar pembesaran rendah dan tinggi dari Ag/BiVO₄ gabungan. e , f Gambar pembesaran rendah dan tinggi dari Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄

Gambar TEM dari a BiVO murni₄ , c Ag/BiVO₄ , dan e Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ dan b , d , dan f gambar perbesaran tinggi a , c , dan e , masing-masing

Analisis XPS dari sampel yang disiapkan mengkonfirmasi keberadaan Bi, V, O, Ag, dan Mo (Gbr. 5a). Energi ikat Bi 4f adalah 158,94 dan 164,27 eV, sesuai dengan Bi 4f^7/2 dan 4f^5/2 , masing-masing, mengonfirmasi Bi³⁺ puncak di BiVO₄ (Gbr. 5b). Spektrum O 1s khas diamati, seperti yang ditunjukkan oleh puncak karakteristik utama pada 529,71 eV (Gbr. 5c). V 2p^3/2 dan 2p^1/2 puncak diamati pada 516,5 dan 524,1 eV, masing-masing, menunjukkan keberadaan V⁵⁺ (Gbr. 5d). Ag 3d memuncak pada 367,98 dan 374,0 eV, sesuai dengan Ag 3d^5/2 dan 3d^3/2 (Gbr. 5e), masing-masing, diamati pada Ag/BiVO₄ dan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , mengkonfirmasi keberadaan spesies Ag logam. Selanjutnya, rasio molar spesies Ag logam menyumbang 6,6% dari semua elemen, sebagaimana ditentukan oleh XPS dan sesuai dengan pengukuran ICP (Tabel 1). Akhirnya, Mo 3d^5/2 dan 3d^3/2 puncak masing-masing terletak pada 231,7 dan 234,9 eV (Gbr. 5f), mengonfirmasi keberadaan Mo⁶⁺ .

Spektrum XPS dari fotokatalis yang disiapkan. a Spektrum survei XPS, b Bi 4f, c O 1s, d V 2p, e Ag 3d, dan f Mo puncak 3d terkait dengan fotokatalis

Pengukuran spektrum reflektansi difus UV-vis dilakukan untuk mengevaluasi celah pita optik dan sifat penyerapan fotokatalis, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Aktivitas fotokatalitik semikonduktor sebagian besar tergantung pada ukuran celah pita; semakin sempit celah pita, semakin besar pergeseran panjang gelombang serapan menuju panjang gelombang yang lebih panjang. Celah pita BiVO yang telah disiapkan₄ adalah sekitar 2,3 eV (Gbr. 6b), yang sesuai dengan teori estimasi celah pita Kubelka-Munk [38]. Dibandingkan dengan BiVO₄ , semua sampel yang didoping-Mo menunjukkan celah pita yang relatif sempit (Gbr. 6b). Selanjutnya, semua BiVO yang disetorkan₄ dan BiV_1-x Mo_x O₄ fotokatalis menunjukkan penyerapan yang kuat dalam rentang cahaya tampak pada Gambar. 6a. Ag/BiVO₄ fotokatalis menunjukkan penyerapan cahaya terbaik. Absorbansi Ag/BiV yang telah disiapkan_0,9925 Mo_0,0075 O₄ berada di antara BiVO₄ dan Ag/BiVO₄ , sehingga menunjukkan bahwa pengenalan Mo menghambat karakteristik fotoresponsif Ag. Namun, perlu ditunjukkan bahwa, selain fotoabsorpsi, karakteristik lain juga dapat secara signifikan mempengaruhi efisiensi fotokatalitik fotokatalis.

Sifat fotofisik dari bahan yang disiapkan. a Spektrum reflektansi difus UV–vis dari BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , dan Ag /BiV_1-x Mo_x O₄ . b Evaluasi celah pita energi dari bahan yang sesuai

Fotoluminesensi (PL) spektrum diambil untuk menyelidiki efisiensi pemisahan pasangan elektron-lubang fotogenerasi. Spektrum PL dari BiVO murni₄ , BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , Ag/BiVO₄ , dan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ komposit, dengan panjang gelombang eksitasi 310 nm, ditunjukkan pada Gambar. 7. BiVO₄ dan BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ menunjukkan pita emisi menonjol yang berpusat pada kira-kira 510 nm. Urutan intensitas spektrum PL adalah BiVO₄> BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄> Ag/BiVO₄> Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ . Karena intensitas PL yang lebih rendah menunjukkan efisiensi pemisahan yang lebih tinggi, ini akan menyebabkan aktivitas fotokatalitik yang lebih tinggi dalam sistem secara keseluruhan. Akibatnya, kinerja fotokatalitik Ag/BiV yang lebih tinggi_0,9925 Mo_0,0075 O₄ setuju dengan pengukuran PL.

Spektrum fotoluminesensi BiVO murni₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , dan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ komposit

Hasil dekomposisi fotokatalitik, menurut degradasi RhB di bawah cahaya tampak (λ> 420 nm), Ag atau Mo yang dikonfirmasi saja memiliki sedikit efek pada aktivitas katalitik BiVO₄ di bawah iradiasi cahaya selama 2 jam (Gbr. 8). Sebaliknya, pengendapan Ag pada BiVO yang didoping-Mo₄ menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang efektif, dengan variasi kandungan Mo menunjukkan perbedaan aktivitas fotokatalitik. Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ menunjukkan degradasi RhB yang sangat efisien di bawah iradiasi cahaya tampak dengan dekolorisasi penuh setelah 2 jam sementara hanya 7, 8, dan degradasi 10% yang dicapai melalui BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , dan BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , masing-masing. Jadi, BiVO yang didepositkan dengan Ag₄ mampu menekan rekombinasi muatan dan sangat meningkatkan efisiensi proses fotokatalitik.

Degradasi fotokatalitik RhB oleh BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , dan Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ fotokatalis

Stabilitas dan penggunaan kembali fotokatalis sangat penting untuk aplikasi praktisnya. Oleh karena itu, kami menilai siklus berulang Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ dalam degradasi fotokatalitik RhB selama 2 jam di bawah iradiasi cahaya tampak. Secara keseluruhan, 99% larutan RhB terdegradasi setelah lima siklus (Gbr. 9), menunjukkan bahwa sampel menunjukkan stabilitas fotokatalitik yang baik.

Lima siklus berjalan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ untuk fotodegradasi RhB di bawah penyinaran cahaya tampak

Untuk menilai lebih lanjut efisiensi pemisahan, masa pakai pembawa muatan BiVO murni₄ , Ag/BiVO₄ , dan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ juga dianalisis (Gbr. 10). Kurva peluruhan untuk fotokatalis yang disiapkan sesuai dengan fungsi eksponensial ganda. Pembawa muatan meluruhkan masa pakai BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , dan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ komposit adalah 1.2304, 1.8220, dan 2.0933 ns, masing-masing. Dengan demikian, sampel yang diendapkan Ag, baik dengan dan tanpa doping Mo, memiliki masa pakai pembawa muatan yang jauh lebih lama daripada BiVO₄ murni. , mencapai pemisahan photocarrier yang efektif dan menunjukkan bahwa efek sinergis antara Ag, Mo, dan BiVO₄ menyebabkan peningkatan aktivitas fotokatalitik.

Kurva peluruhan fluoresensi waktu-resolved Ns dari a yang telah disiapkan BiVO₄ , b Ag/BiVO₄ , dan c Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ komposit

Untuk mengeksplorasi mekanisme fotokatalitik yang mendasari, degradasi RhB dilakukan di bawah iradiasi cahaya tampak [39], menambahkan lubang (h⁺ ) pemulung (amonium oksalat ((NH₄ )₂ C₂ O₄ )), radikal superoksida (•O²⁻ ) pemulung (1,4-benzokuinon, BQ) [40], atau pemulung radikal hidroksil (•OH) (tert-Butanol, t-BuOH) [41]. Setelah penambahan BQ, tidak ada penurunan nyata yang diamati, tetapi percepatan laju degradasi terdeteksi dibandingkan dengan Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ (Gbr. 11). Laju degradasi yang lebih cepat mungkin dihasilkan dari efek SPR dari Ag logam dalam Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , yang akan meningkatkan efisiensi pemisahan elektron dan hole. Namun, ketika t-BuOH ditambahkan, efisiensi katalitik menurun dari 97,5 menjadi 78,1%, menunjukkan adanya •OH sebagai spesies aktif. Aktivitas fotokatalitik berkurang drastis dengan penambahan (NH₄ )₂ C₂ O₄ , menunjukkan bahwa lubang tersebut bertindak sebagai spesies aktif utama.

Plot jebakan pembawa fotogenerasi dalam sistem selama fotodegradasi RhB oleh Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄

Untuk mengkonfirmasi lebih lanjut spesies aktif utama yang dihasilkan dalam proses fotokatalitik, resonansi spin elektron (ESR) digunakan. Prinsip ESR adalah bereaksi dengan radikal bebas menggunakan agen spin-trapping untuk menghasilkan aduk radikal bebas yang relatif stabil. Intensitas puncak diamati di bawah cahaya tampak dibandingkan dengan kondisi gelap (Gbr. 12a), yang menunjukkan adanya •O²⁻ . Selain itu, sinyal yang jelas (Gbr. 12b) menunjukkan bahwa •OH dihasilkan dalam proses fotokatalitik. Sebagai kesimpulan, percobaan perangkap radikal dan analisis ESR mengungkapkan bahwa proses fotokatalitik diatur oleh efek gabungan h⁺ , •O²⁻ , dan •OH spesies aktif.

Spektrum resonansi paramagnetik elektron (ESR) Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ dalam a Pelarut DMSO dan b air

Berdasarkan pembahasan di atas, kemungkinan mekanisme fotokatalitik Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ diilustrasikan pada Gambar. 13. Dopan Mo dapat secara efektif meningkatkan penyerapan cahaya tampak dari BiVO₄ fotokatalis. Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ fotokatalis komposit disinari di bawah cahaya tampak, dan fotoelektron pada pita valensi BiVO₄ dapat secara efektif melompat ke pita konduksi untuk menghasilkan pasangan elektron-lubang. Ag logam dapat menerima elektron, yang kemudian bergabung kembali dengan lubang fotogenerasi dan meningkatkan transfer ke permukaan fotokatalis komposit, menghasilkan peningkatan pemisahan elektron dan lubang. Elektron dapat bereaksi terhadap O₂ dan ubah menjadi •O²⁻ . Lubang BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ dapat bereaksi dengan H₂ . yang teradsorpsi molekul O dan berubah menjadi •OH. Sementara itu, h⁺ dapat bereaksi secara efektif dengan RhB, menghasilkan produk yang terdegradasi.

Mekanisme skema transfer muatan di Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ sistem komposit di bawah iradiasi cahaya tampak

Kesimpulan

Di sini, prosedur sintesis hidrotermal sederhana pada kondisi pH yang hampir netral dan menggunakan amonium karbonat sebagai zat pengatur struktur dilaporkan untuk pembuatan BiVO₄ yang didoping-Mo. bubuk. Nanopartikel logam Ag kemudian diendapkan pada faset kristal (040) BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ . Dengan demikian, sistem fotokatalitik telah berhasil dibangun melalui reaksi reduksi. Kondisi sintesis ini telah terbukti secara signifikan mempengaruhi peningkatan ukuran faset kristalografi (040), sebagaimana dikonfirmasi oleh analisis XRD dan STEM. XRD menunjukkan bahwa pemisahan puncak yang diamati pada 30,5° adalah hasil dari faset (040). Nanopartikel Ag yang terdeposit pada faset (040) juga dapat dilihat dari STEM. Selanjutnya, Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ menunjukkan kinerja fotokatalitik yang sangat efisien untuk degradasi RhB di bawah iradiasi cahaya tampak. Karya ini dapat memberikan inspirasi baru untuk pemanfaatan BiVO secara rasional₄ fotokatalis dengan aktivitas fotokatalitik tinggi dan aplikasinya di bidang produksi energi dan perlindungan lingkungan.