Sintesis Sonokimia Satu Langkah yang Mudah dan Sifat Fotokatalitik dari Komposit Titik Kuantum Grafena/Ag3PO4
Abstrak
Dalam penelitian ini, sebuah novel graphene/Ag3 PO4 titik kuantum (rGO/Ag3 PO4 Komposit QD) berhasil disintesis melalui metode reduksi berbantuan foto-ultrasonik satu langkah yang mudah untuk pertama kalinya. Komposit dianalisis dengan berbagai teknik. Menurut hasil yang diperoleh, Ag3 PO4 QD dengan ukuran 1-4 nm tersebar merata pada nanosheet rGO untuk membentuk rGO/Ag3 PO4 komposit QD. Aktivitas fotokatalitik rGO/Ag3 PO4 Komposit QD dievaluasi dengan dekomposisi metilen biru (MB). Sementara itu, efek dari dosis surfaktan dan jumlah rGO pada aktivitas fotokatalitik juga diselidiki. Ditemukan bahwa rGO/Ag3 PO4 QD (WrGO :Wgabungan = 2,3%) komposit menunjukkan aktivitas dan stabilitas fotokatalitik yang lebih baik dengan menurunkan 97,5% MB dalam waktu 5 mnt. Peningkatan aktivitas dan stabilitas fotokatalitik sebagian besar terkait dengan efek sinergis antara Ag3 PO4 QDs dan rGO dengan luas permukaan spesifik yang tinggi, yang memunculkan transfer antar muka yang efisien dari elektron dan lubang fotogenerasi pada kedua bahan. Selain itu, kemungkinan pembentukan dan mekanisme fotokatalitik rGO/Ag3 PO4 QD diusulkan. rGO/Ag3 . yang diperoleh PO4 Fotokatalis QD akan memiliki potensi besar dalam pengolahan limbah dan pemisahan air.
Latar Belakang
Baru-baru ini, sintesis fotokatalis dengan efisiensi tinggi telah menarik perhatian para peneliti karena aplikasi potensialnya dalam menghilangkan polutan organik dan produksi hidrogen [1,2,3]. Karena aktivasi tinggi dan pemisahan elektron yang terfotoeksitasi secara efisien(e
−
) dan lubang(h
+
) [4], Ag3 PO4 fotokatalis semikonduktor mendapat perhatian yang luas dari para peneliti di bidang fotokatalisis. Sayangnya, ada beberapa faktor yang mempengaruhi kinerja fotokatalitik Ag3 PO4 , seperti morfologi tidak teratur, kelarutan yang buruk, ketidakstabilan, biaya tinggi, dll., Yang menghambat aplikasinya secara luas [5]. Oleh karena itu, perlu dilakukan peningkatan fotoaktivitas dan fotostabilitas Ag3 PO4 .
Penelitian sebelumnya telah membuktikan bahwa kinerja fotokatalitik dapat ditingkatkan secara signifikan dengan pemisahan efisien e
−
yang dihasilkan fotogenerasi. -h
+
berpasangan [6,7,8]. Menurut persamaan τ = r
2
/π
2A , di mana τ mewakili waktu difusi rata-rata dari pembawa fotogenerasi, r singkatan dari jari-jari partikel, dan D mengacu pada koefisien difusi pembawa [9], pengurangan ukuran partikel mungkin bermanfaat untuk penekanan efisien rekombinasi pembawa muatan, sehingga meningkatkan aktivitas fotokatalitik dari fotokatalis. Dapat disimpulkan dari sudut pandang ini bahwa keberadaan titik-titik kuantum (QDs) dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik [10, 11]. Karena cakupan surfaktan dapat menghalangi kontak timbal balik antara permukaan QD dan polutan, QD jarang dilaporkan diterapkan sebagai fotokatalis dengan efisiensi tinggi secara independen. Untuk melengkapi cacat ini, QD biasanya dimuat pada pembawa dengan luas permukaan yang besar untuk mengurangi agregasi tanpa adanya stabilizer, yang memberi QD dengan aktivitas fotokatalitik yang ditingkatkan.
Karena pemisahan dan transfer elektron yang lebih baik dalam heterostruktur, rGO dipilih sebagai pendukung Ag3 PO4 QD. rGO memiliki struktur karbon dua dimensi (2D) dengan sifat elektronik, mekanik, dan termal yang luar biasa [12], luas permukaan spesifik yang tinggi, dan mobilitas pembawa yang tinggi [13,14,15,16]. Sifat-sifat ini menjadikannya substrat yang baik untuk Ag3 PO4 fotokatalis, karena dapat secara efektif mempromosikan e
−
-h
+
pemisahan pasangan dan memfasilitasi transfer muatan antara heterojungsi untuk meningkatkan aktivitas dan stabilitas fotokatalitik. Selanjutnya, rGO dapat diproduksi dengan prosedur oksidasi dan reduksi kimia [17]. Metode graphene oxide (GO) menjadi rGO meliputi reduksi deposisi uap kimia (CVD) [18, 19], reduksi kimia [20], dan reduksi hidrotermal [21, 22]. Namun, metode di atas memiliki beberapa kelemahan intrinsik seperti prosedur yang kompleks dan polusi sekunder. Oleh karena itu, perlu dikembangkan cara hijau untuk menghasilkan rGO. Baru-baru ini, metode pengurangan bantuan foto [23, 24] dan bantuan ultrasonik [25] yang baru dilaporkan telah dilaporkan.
Fotoreduksi GO untuk menghasilkan rGO adalah metode yang ringan dan ramah lingkungan; selain itu, mekanisme reduksi fotokimia dan fototermal dapat terjadi secara individual atau bersamaan dalam proses [26,27,28]. Selanjutnya, self-photoreduction GO menjadi rGO dapat meningkatkan keberadaan hole scavenger dalam larutan [24]. Ultrasound telah banyak digunakan untuk sintesis material dan pengolahan air limbah [29, 30].Iradiasi ultrasonik dapat menawarkan hot spot lokal dengan tekanan sekitar 20 MPa, suhu sekitar 5000 K, dan laju pendinginan tinggi sekitar 10
10
Ks
− 1
, yang dihasilkan oleh kavitasi akustik [31]. Setelah iradiasi ultrasonik, berbagai efek fisik dan kimia dapat dihasilkan dalam cairan dengan kavitasi akustik, dan lingkungan reaksi kimia yang unik dapat disediakan di bawah kondisi ekstrim ini [31, 32]. Namun, sejauh yang kami ketahui, sintesis rGO/Ag3 PO4 Komposit QD menggunakan metode reduksi berbantuan foto-ultrasonik belum dilaporkan.
Di sini, kami melaporkan desain dan pengembangan rGO/Ag3 PO4 Komposit QD dengan kinerja fotokatalitik efisien tinggi, di mana Ag3 PO4 QD dengan ukuran 1-4 nm dimuat secara seragam pada lembar nano rGO melalui metode reduksi berbantuan foto-ultrasonik satu langkah yang mudah untuk pertama kalinya. Komposit dianalisis dengan berbagai teknik. Aktivitas fotokatalitik dan stabilitas komposit yang diperoleh dievaluasi dengan degradasi metil orange (MO), Rhodamin B (RhB), dan metilen biru (MB) di bawah penyinaran cahaya tampak. Sementara itu, dosis surfaktan dan jumlah rGO pada kinerja fotokatalitik juga dibahas. Kemungkinan mekanisme fotokatalitik rGO/Ag3 PO4 QD dianalisis berdasarkan percobaan penjebak radikal bebas. Makalah ini akan memberikan metode yang mudah dan ramah lingkungan untuk fabrikasi beberapa QD oksida logam dan bahan fungsional yang efisien dengan aplikasi yang lebih luas di bidang pemurnian lingkungan.
Bagian Eksperimental
Sintesis rGO/Ag3 PO4 QD
GO dibuat dari grafit alami berdasarkan metode Hummers [33]. Dalam proses sintesis yang khas, 20 mg GO ditambahkan dalam 50 mL air dan disonikasi selama 30 menit untuk membentuk suspensi yang seragam, kemudian 2,2 mmol natrium oleat ditambahkan ke dalam larutan di atas dan disonikasi selama 60 menit. Setelah itu, 10 mL AgNO3 larutan berair (0,6 mol/L) ditambahkan, larutan yang diperoleh diaduk selama 4 jam untuk menyelesaikan pertukaran ion, dan kemudian 10 mL Na2 HPO4 larutan berair (0,2 mol/L) ditambahkan setetes demi setetes ke larutan di bawah iradiasi ultrasonik. Setelah 60 menit, endapan disentrifugasi (5000 rpm) selama 5 menit dan dicuci beberapa kali dengan heksil alkohol dan etanol absolut untuk mendapatkan GO/Ag3 PO4 komposit QD. Selanjutnya, 0,3 g GO/Ag3 PO4 QDs dilarutkan dalam 100 mL etanol absolut, dan campuran tersebut terkena penyinaran cahaya tampak (CEL-S500, lampu Xe 300 W, filter cutoff 420 nm) dan penyinaran ultrasonik selama 60 menit. Iradiasi ultrasonik dilakukan dengan probe ultrasonik intensitas tinggi (Xinzhi Co., China, JY92-2D, diameter 10 mm, Ti-horn, 20 kHz) yang ditempatkan dalam sistem reaksi. Endapan disentrifugasi (5000 rpm) selama 5 menit kemudian dikeringkan pada suhu 60 °C selama 12 jam untuk mendapatkan rGO/Ag3 PO4 komposit QD. Ag3 PO4 QD disiapkan dalam kondisi yang sama tanpa GO. Untuk menyelidiki jumlah pemuatan rGO yang optimal, serangkaian sampel dengan rasio bobot teoritis rGO terhadap rGO/Ag3 PO4 Komposit QD (WrGO :Wgabungan = 1.5, 2.0, 2.3, 2.5 dan 3.0 wt%) diperoleh. rGO/Ag3 yang sesuai PO4 Komposit QD ditandai sebagai R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5, dan R-3.
Karakterisasi Material
Ag3 PO4 QD dan rGO/Ag3 PO4 Komposit QD dianalisis dengan difraksi sinar-X (XRD, Cu-Ka, k = 1.5418 Å) dalam rentang 2θ dari 10° hingga 80°, spektroskopi FT-IR, TEM (JEOL JEM-2010), sistem spektrum Raman (Horiba JY-T64000, Prancis), spektrometer XPS (PHI Quantera SXM), dan spektrometer UV- vis spektrofotometer (U-3010, Hitachi, Jepang). Spektrum fotoluminesensi diperoleh dengan spektrofotometer FL (F-4500, Hitachi, Jepang).
Pengukuran Aktivitas Fotokatalitik
Untuk mengukur sifat fotokatalitik komposit, 10 mg sampel yang disiapkan ditambahkan ke 100 mL 10 ppm MB. Campuran diaduk secara magnetis selama 30 menit di bawah gelap untuk memastikan keseimbangan absorpsi-desorpsi. Filter (λ 420 nm) ditempatkan pada gelas kimia dan kemudian disinari dengan sumber cahaya xenon 300 W (CEL-S500, China). Pada awalnya, pengambilan sampel dilakukan setiap 1 menit, hingga 6 menit, kemudian sampel diambil setiap 2 menit. Spektrofotometer UV-vis digunakan untuk menganalisis sifat absorbansi larutan yang dikumpulkan. Fotokatalis dihilangkan dengan sentrifugasi (12.000 rpm, 3 mnt) sebelum pengukuran UV-vis.
Deteksi spesies aktif
Percobaan trapping dilakukan dengan cara yang sama dengan percobaan degradasi fotokatalitik. Tiga scavenger yang berbeda termasuk (konsentrasi sekitar 1 mM) isopropanol (IPA, OH· scavenger), disodium ethylenediaminetetraacetate (EDTA, hole scavenger), dan p-benzoquinone (BQ, O2 ·
−
pemulung) digunakan, masing-masing, untuk menyelidiki spesies aktif utama yang dihasilkan dalam proses fotodegradasi.
Hasil dan Diskusi
Karakterisasi Material
Gambar 1 menunjukkan pola XRD GO, rGO, Ag3 PO4 QD, dan R-2.3. Hasil XRD dari GO dan rGO mengungkapkan puncak refleksi karakteristik pada 2θ = 10.7° dan 25°, masing-masing (sesuai dengan jarak d 0,83, 0,36 nm) (Gbr. 1a, b) [34]. Semua puncak XRD dari Ag3 PO4 dapat diindeks ke fase kubik pusat tubuh (JCPDS No.06-0505) (Gbr. 1d). R-2.3 menunjukkan pola XRD yang serupa dengan Ag murni3 PO4 QD, dan puncak difraksi yang lebih luas dikaitkan dengan ukuran kecil Ag3 PO4 QD, yang dihitung menjadi sekitar 3,7 nm menurut persamaan Scherrer [35]. Tidak ada puncak difraksi yang ditetapkan untuk GO dan rGO yang dapat diamati pada komposit (Gbr. 1c), yang dikaitkan dengan jumlah rGO yang kecil dalam komposit [36]. Untuk mengetahui pengaruh GO pada pembentukan Ag3 PO4 QDs, pola XRD Ag murni3 PO4 QD diukur. Puncak difraksi Ag murni3 PO4 QD dapat diindeks ke kubik Ag3 PO4 . Ukuran rata-rata Ag murni3 PO4 QD dihitung menjadi sekitar 5,1 nm dengan persamaan Scherrer, yang lebih besar daripada rGO/Ag3 PO4 komposit. Hasil di atas menunjukkan bahwa lembaran GO dapat mempengaruhi pembentukan Ag3 PO4 QD.
Pola XRD dari a PERGI, b rGO, c R-2.3, dan d Ag3 PO4 QD
Gambar 2 menunjukkan gambar TEM komposit R-2.3. Ag3 PO4 QD dengan distribusi ukuran yang relatif sempit dengan diameter 2,81 ± 1,2 nm terdispersi secara merata pada lembar rGO. Jarak kisi adalah 0,212 dan 0,190 nm, yang sesuai dengan jarak d dari (220) dan (310) bidang kristalografi Ag3 PO4 , masing-masing. Untuk menyelidiki efek ultrasonik, pengadukan konvensional dilakukan sebagai pengganti perawatan ultrasonik. Hasilnya ditampilkan di File tambahan 1:Gambar S1. Ag3 PO4 partikel pada rGO yang dibentuk dengan metode pengadukan konvensional tidak menunjukkan struktur yang seragam, dan ukuran Ag3 PO4 menjadi lebih besar dari yang dibentuk oleh perlakuan ultrasonik. Hasil di atas menunjukkan bahwa perlakuan ultrasonik sangat efektif dalam mendispersi dan mengontrol ukuran Ag3 PO4 partikel pada lapisan rGO [37].
Gambar TEM dari R-2.3 (a , c ), gambar HRTEM dari R-2.3 (b ), dan distribusi ukuran partikel (d )
Reduksi foto GO dengan bantuan ultrasonik yang berhasil menjadi rGO dapat dikonfirmasi lebih lanjut oleh spektrum XPS komposit GO dan R-2.3 seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3. Puncak yang terletak di 131.7, 284.2, 367,2, dan 530,2 eV diindeks ke puncak karakteristik P2p, C1s, Ag3d, dan O1s, masing-masing (Gbr. 3a). Puncak kuat pada 366,8 dan 372,8 eV dikaitkan dengan Ag
+
dari Ag3 PO4 [38] (Gbr. 3b). Spektrum O1s XPS dari R-2.3 dapat dibagi menjadi dua puncak, yang dikaitkan dengan O1 dari Ag3 PO4 (529,5 eV) dan O1 dari rGO (531,3 eV) [7, 39]. Puncak O1 dari rGO (531,3 eV) bergeser ke energi ikat yang lebih rendah dibandingkan dengan GO (531,8 eV), yang menyiratkan bahwa terdapat interaksi kimia antara rGO dan Ag3 PO4 QDs oleh ikatan C=O. Spektrum C1s dari GO dibagi menjadi tiga puncak yang berbeda pada 284,8, 286,7, dan 287,7 eV, yang masing-masing ditetapkan untuk C-C/C=C, C-O, dan C=O [40, 41] (Gbr. 3c). Setelah direduksi oleh cahaya tampak yang dibantu dengan iradiasi ultrasonik (Gbr. 3d), kelompok yang mengandung oksigen, terutama C-O, C=O menunjukkan intensitas puncak yang sangat menurun, yang menunjukkan bahwa reduksi dari GO menjadi rGO berhasil.
XPS dari a spektrum survei, b Ag3d, c O1, dan d C1 dari GO dan R-2.3
Gambar 4a menunjukkan spektrum FTIR GO, rGO, Ag3 PO4 QD, dan R-2.3. Puncak karakteristik pada 1725.6, 1056.5, dan 1615,4 cm
− 1
di GO dikaitkan dengan vibrasi regangan karboksil C=O, alkoksi C-O, dan C=C [40, 42], masing-masing. Puncak lebar pada 3000–3600 cm
− 1
dianggap berasal dari getaran peregangan O-H [43]. Ag3 PO4 Komposit QD dan R-2.3 memiliki puncak FT-IR yang serupa pada 552.1 dan 970.2 cm
− 1
, yang ditetapkan untuk getaran P-O dari PO4
3−
[44]. Hal ini menunjukkan bahwa Ag3 PO4 QD terikat pada lembaran rGO. Setelah reduksi berbantuan foto-ultrasonik menjadi rGO, karakteristik memuncak (pada 1725.6, 1056.5 cm
− 1
) bergeser ke bilangan gelombang yang lebih rendah dibandingkan dengan GO, yang konsisten dengan hasil analisis XPS, yang menunjukkan adanya interaksi muatan antara rGO dan Ag3 PO4 dalam komposit yang telah disiapkan.
Spektrum FT-IR (a ) dan spektrum Raman (b ) dari GO, rGO, Ag3 PO4 QD, dan R-2.3
Gambar 4b menunjukkan spektrum Raman dari GO, rGO, Ag3 PO4 QD, dan R-2.3. Spektrum Raman GO menunjukkan dua puncak karakteristik pita D pada 1347 cm
− 1
dan pita G pada 1586 cm
− 1
. Nilai ID /AkuG di R-2.3 dan di GO masing-masing sekitar 1,039 dan 0,9056. Jelas bahwa komposit menunjukkan intensitas pita D yang relatif tinggi dibandingkan dengan GO, yang menegaskan bahwa lembaran GO sebagian direduksi menjadi rGO [37]. Spektrum Raman dari Ag3 PO4 QD dan R-2.3 menunjukkan tiga puncak berbeda pada 410, 566, dan 714 cm
− 1
, dan puncak-puncak ini diakreditasi pada ikatan P-O-P. Puncak kuat pada 907 cm
− 1
dibangkitkan dari gerakan vibrasi ikatan oksigen terminal dalam rantai fosfat [23].
Mekanisme persiapan rGO/Ag3 PO4 QD
Rute sintesis rGO/Ag3 PO4 Komposit QD diusulkan dan diilustrasikan secara skema pada Gambar. 5. Reaksi sintesis dirinci sebagai berikut:
Ilustrasi sintesis rGO/Ag3 PO4 Komposit QD melalui metode berbantuan foto-ultrasonik
Rute sintesis total dapat dibagi menjadi empat tahap berturut-turut. Pertama, Ag
+
dan ion oleat berinteraksi secara elektrostatik membentuk kompleks Ag-oleat, hidrolisis Ag
+
ion dapat dicegah secara efektif dengan proses ini. Kompleks Ag-oleat berinteraksi dengan kelebihan ion oleat meningkatkan sifat hidrofiliknya untuk menyebar dalam air. Gugus oksigen pada permukaan GO memberikan sifat hidrofilik. Ketika lembaran GO ditambahkan ke dalam larutan berair A-oleat, kompleks Ag-oleat akan teradsorpsi pada gugus fungsi yang mengandung oksigen ini (Persamaan (1)). Kedua, reaksi antara Ag
+
dan PO4
3−
melanjutkan ke bentuk Ag3 PO4 QD pada permukaan GO (Persamaan (2)). Ketiga, saat GO-Ag3 PO4 QD disonikasi dalam larutan, pasangan lubang elektron terstimulasi ultrasonik dari Ag3 PO4 QD saat GO-Ag3 PO4 QDs disinari dengan cahaya tampak dalam larutan etanol. Pada saat yang sama, ·H dan H2 O2 diproduksi oleh iradiasi ultrasonik. Pada akhirnya, GO direduksi menjadi rGO oleh ·H dan menerima elektron yang dihasilkan oleh foto dari pita konduksi (CB) Ag3 PO4 . Akibatnya, rGO/Ag3 PO4 Komposit QD diperoleh dengan reduksi berbantuan foto-ultrasonik.
Sifat optik fotokatalisis
Spektrum serapan UV-vis Ag3 PO4 QD dan rGO/Ag3 PO4 QD dengan rasio massa rGO yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 6a. Panjang gelombang absorbansi Ag murni3 PO4 QD lebih pendek dari 530 nm; kebalikannya, rGO/Ag3 PO4 Struktur komposit QD menunjukkan panjang gelombang yang diperpanjang (> 530 nm) dan intensitasnya meningkat dengan meningkatnya kandungan rGO sebelum mencapai 2,3%, dan menurun setelahnya. Hal ini dapat dikaitkan dengan adanya karbon dalam rGO/Ag3 PO4 QDs mengurangi pantulan cahaya [45]. Menurut fungsi Kubelka-Munk [46], kita bisa mendapatkan celah pita dari fotokatalis seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6b dan File tambahan 1:Gambar S2; celah pita R-2.3 dihitung menjadi 1,62 eV, yang lebih rendah dari Ag3 murni PO4 QD (2,23 eV). Energi celah pita yang relatif sempit dapat dikaitkan dengan efek sinergis yang jumlah efek totalnya lebih unggul daripada efek tunggal setelah berbagai jenis dispersi untuk berinteraksi antara rGO dan Ag3 PO4 QDs [47], yang mengarah pada peningkatan efisiensi pemanfaatan spektrum matahari dari fotokatalis [36].
a Spektrum DRS UV-vis dari Ag3 PO4 Komposit QD, R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5, R-3, dan b plot (αhν)
2
versus Misalnya
Aktivitas dan stabilitas fotokatalitik
Untuk memahami faktor-faktor yang mempengaruhi proses eksperimen terhadap aktivitas fotokatalitik, efek dari massa surfaktan yang berbeda diselidiki seperti yang ditunjukkan pada file tambahan 1:Gambar S3. Sampel disiapkan ketika kondisi lain tetap konstan. Hasilnya menunjukkan bahwa aktivitas fotokatalitik meningkat dengan meningkatnya massa surfaktan tetapi menurun setelah lebih dari 0,5 g, seperti yang ditunjukkan pada file tambahan 1:Gambar S3, yang mungkin dianggap berasal dari ion oleat berlebihan yang membatasi Ag3 PO4 Distribusi ukuran QDs pada permukaan rGO [35]. Hal ini menyebabkan penurunan aktivitas fotokatalitik. Dibandingkan dengan Ag murni3 PO4 QDs, konsentrasi MB menurun dengan cepat untuk rGO/Ag3 PO4 Komposit QD (Gbr. 7a). Hasil ini menunjukkan bahwa reaksi fotokatalitik terkait dengan keberadaan situs aktif [48, 49]. Saat kandungan rGO 2,3%, aktivitas fotokatalitik tertinggi muncul dan dapat mendegradasi MB sebesar 97,46% selama 5 menit. Ini dapat dikaitkan dengan heterojunction rGO-semikonduktor, yang secara efektif memanfaatkan transfer muatan dari nanosheet rGO di bawah iradiasi cahaya tampak [23]. Dalam kondisi yang sama, ketika meningkatkan kandungan rGO menjadi 3%, hasilnya membuktikan fakta bahwa pemuatan rGO yang berlebihan dapat mengurangi penyerapan pewarna dan foton pada Ag3 PO4 [23]. Yang penting, rGO/Ag3 PO4 Komposit QD menampilkan kinerja fotokatalitik yang lebih baik daripada Ag3 . murni PO4 Ag3 berbasis QD dan rGO PO4 komposit [23, 50]. Elektron yang keluar dari foto(e
−
) bisa transfer dari CB Ag3 PO4 QD ke rGO, dan rGO dalam komposit dapat bertindak sebagai jalan raya untuk transfer elektron untuk menekan e
−
-h
+
rekombinasi, yang menyumbang efisiensi konversi foto yang sangat meningkat [51]. Selain itu, transfer muatan antarmuka dapat difasilitasi karena area permukaan rGO yang lebih besar [52, 53]. Selain itu, efisiensi degradasi fotokatalitik komposit R-2.3 pada pewarna organik yang berbeda diselidiki seperti yang ditunjukkan pada File tambahan 1:Gambar S4.
a Degradasi fotokatalitik MB oleh Ag3 PO4 Komposit QDs, R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5, dan R-3, b konstanta laju yang sesuai (k) sampel untuk degradasi fotokatalitik MB, c percobaan daur ulang R-2.3 untuk degradasi MB, dan d Pola XRD sebelum dan sesudah eksperimen daur ulang
Untuk menguji stabilitas komposit R-2.3, percobaan siklus komposit untuk MB dilakukan (Gbr. 7c). Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit R-2.3 menunjukkan stabilitas fotokatalitik yang lebih tinggi setelah lima siklus, dengan mempertahankan efisiensi degradasi hingga 90%, menunjukkan stabilitas fotokayalitik yang baik. Dan ini dapat diuntungkan dari e
−
. yang dihasilkan foto yang efisien -h
+
pemisahan. Selain itu, pola XRD R-2.3, yang digunakan untuk lima siklus ditunjukkan pada Gambar. 7d, dan tidak ada puncak yang jelas tentang Ag yang diamati. Hal ini dapat dikaitkan dengan bahwa rGO dapat memfasilitasi transfer elektron ke Ag3 PO4 QD dan mengurangi fotokorosi Ag3 PO4 QD [23].
Mekanisme peningkatan kinerja fotokatalitik
Hasil eksperimen tersebut di atas menunjukkan bahwa kinerja fotokatalitik Ag3 PO4 ditingkatkan dengan menggabungkan Ag3 PO4 dengan lembar rGO, yang dianggap berasal dari transfer cepat dan pemisahan e
−
yang dihasilkan foto -h
+
pasangan dalam komposit [23]. Spektrum photoluminescence (PL) dilakukan untuk menyelidiki e
−
-h
+
migrasi pasangan, transfer, dan proses rekombinasi dalam semikonduktor [54, 55]. Gambar 8a menunjukkan spektrum PL sampel. Spektrum PL dari rGO/Ag3PO4 QDs menunjukkan tingkat rekombinasi yang lebih rendah dari e
−
yang dihasilkan foto. -h
+
berpasangan dibandingkan dengan Ag3 PO4 QD, menunjukkan bahwa lebih banyak e
−
. yang dihasilkan melalui foto dan h
+
dapat berpartisipasi dalam reaksi reduksi dan oksidasi; ini dapat menyebabkan penurunan rekombinasi e
−
. yang dihasilkan fotogenerasi -h
+
pasang di Ag3 PO4 dalam komposit. Oleh karena itu, rGO/Ag3 PO4 Komposit QD menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang lebih baik daripada Ag3 PO4 QD.
a Spektrum fotoluminesensi Ag3 PO4 QD, R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5, dan R-3 dan b efek quencher yang berbeda pada degradasi fotokatalitik MB
Untuk mengkonfirmasi lebih lanjut spesies aktif utama dalam proses fotokatalisis melalui rGO/Ag3 PO4 QDs, MB digunakan sebagai polutan. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 8b. Di sini, setelah penambahan isopropanol (sebagai pemulung radikal hidroksil) [56], aktivitas katalitik rGO/Ag3 PO4 QDs tidak jelas terpengaruh; ketika EDTA (sebagai penangkap lubang) [57] ditambahkan, degradasi fotokatalitik MB sangat terhambat. Namun, ketika p-benzoquinone (BQ, O2 ·
−
scavenger) ditambahkan, penonaktifan rGO/Ag3 PO4 QD tidak dapat diabaikan. Hasil di atas menggambarkan bahwa lubang dan O2 ·
−
radikal adalah spesies aktif utama dalam proses fotokatalisis.
Mekanisme degradasi fotokatalitik pewarna organik oleh rGO/Ag3 PO4 QD ditunjukkan pada Gambar. 9. Setelah paparan cahaya tampak, Ag3 PO4 QD terfotoeksitasi, dan elektron tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi; setelah itu elektron dapat berpindah ke rGO karena pengaruh medan listrik, dan kemudian elektron dipindahkan kembali ke permukaan rGO untuk berpartisipasi dalam reaksi fotokatalitik. rGO dapat memisahkan e
−
. secara efisien -h
+
pasangan, sehingga memanfaatkan transfer elektron [23] dan menyebabkan aktivitas fotokatalitik yang dipromosikan rGO/Ag3 PO4 Komposit QD.
Mekanisme degradasi fotokatalitik zat warna organik pada permukaan rGO/Ag3 PO4 Komposit QD
Kesimpulan
Sebuah rGO/Ag baru3 PO4 Komposit QD disiapkan melalui metode reduksi berbantuan foto-ultrasonik yang mudah. rGO/Ag3 . yang diperoleh PO4 Komposit QD menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang lebih baik di bawah cahaya tampak dan lebih tinggi dari Ag murni3 PO4 QD sendirian. Ini karena e
−
. yang efisien -h
+
pemisahan pasangan dan transfer elektron yang cepat dalam heterojungsi ini. Lembar rGO secara efektif mempromosikan pemisahan e
−
dan h
+
dan transfer elektron yang cepat dalam fotokatalis heterostruktur. Eksperimen penangkapan radikal bebas menunjukkan bahwa h
+
memainkan peran penting dalam degradasi fotokatalitik pewarna. It was clear that ultrasonic-assisted method was a facile and economical way to prepare visible-light-responsive and high efficient Ag3 PO4 QDs-based composites.
Singkatan
2D:
Two-dimensional
BQ:
p-benzoquinone
CB:
Conduction band
CVD:
Chemical vapor deposition
EDTA:
Disodium ethylenediaminetetraacetate
GO:
Graphene oxide
IPA:
Isopropanol
MB:
Methylene blue
MO:
Methyl orange
QDs:
Quantum dots
R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5, and R-3:
Content of rGO in composites 1.5, 2.0, 2.3, 2.5, and 3.0 wt%
