Aktivitas fotokatalitik nanokomposit terner attapulgite–TiO2–Ag3PO4 untuk degradasi Rhodamin B di bawah simulasi penyinaran matahari

Abstrak

Fotokatalis komposit terner yang sangat baik yang terdiri dari perak ortofosfat (Ag₃ PO₄ ), attapulgit (ATP), dan TiO₂ disintesis, di mana heterojunction dibentuk antara semikonduktor yang berbeda untuk mempromosikan pemisahan muatan yang dihasilkan foto. ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit dikarakterisasi dengan SEM, XRD, dan spektroskopi reflektansi difus UV-vis. Co-deposisi Ag₃ PO₄ dan TiO₂ nanopartikel ke permukaan ATP membentuk struktur lat-partikel. Dibandingkan dengan fotokatalis komposit yang terdiri dari dua fase, ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner menunjukkan sangat meningkatkan aktivitas fotokatalitik untuk degradasi rhodamin B di bawah simulasi penyinaran matahari. Komposit terner seperti itu tidak hanya meningkatkan stabilitas Ag₃ PO₄ , tetapi juga menurunkan biaya dengan mengurangi jumlah aplikasi Ag₃ PO₄ , yang memberikan panduan untuk desain Ag₃ PO₄ - dan komposit berbasis Ag untuk aplikasi fotokatalitik.

Latar Belakang

Degradasi polutan organik telah menjadi proses penting untuk mengatasi pencemaran lingkungan. Fujishima dkk. melaporkan pada tahun 1972 bahwa TiO₂ memiliki kemampuan memanfaatkan energi matahari untuk pemisahan air dan produksi hidrogen [1]. Sejak itu, teknologi fotokatalitik berbasis semikonduktor telah menjadi pendekatan yang menjanjikan, namun efektif untuk mengatasi pencemaran lingkungan. Selama beberapa dekade terakhir, sejumlah semikonduktor, seperti TiO₂ , Ag₃ PO₄ , BiVO₄ , WO₃ , dan g-C₃ N₄ , telah diselidiki secara ekstensif untuk aplikasi fotokatalitik [2]. Diantaranya, TiO₂ telah mendapat perhatian luas karena stabilitas kimia yang baik, non-fotokorosi, biaya rendah, dan tidak beracun. Namun, karena celah pita lebar (3,2 eV) dan kurang penyerapan cahaya tampak, TiO₂ menunjukkan efisiensi fotokatalitik yang rendah. Penerapan TiO₂ fotokatalis berbasis-dengan demikian terhambat parah.

Fotokatalis, seperti Ag₃ PO₄ [3], Bi2MoO₆ [4], WO₃ [5], dan g-C₃ N₄ [6], dapat menunjukkan efisiensi tinggi di bawah iradiasi cahaya tampak, dan dengan demikian telah menarik upaya penelitian yang luas. Misalnya, Ye et al. melaporkan bahwa perak ortofosfat (Ag₃ PO₄ ) menunjukkan kemampuan fotooksidatif yang jauh lebih kuat dan efisiensi yang lebih tinggi untuk degradasi fotokatalitik [3] daripada kebanyakan fotokatalis lain yang dikenal seperti WO₃ [5] dan BiVO₄ [7]. Namun, stabilitas fotokatalitik Ag₃ PO₄ dapat dirusak oleh fotoreduksi Ag⁺ menjadi Ag logam. Fotostabilitas rendah dan biaya Ag₃ . yang tinggi PO₄ mengkhawatirkan masalah yang akan membatasi aplikasi fotokatalitiknya. Dalam konteks ini, Ag₃ PO₄ fotokatalis komposit berbasis telah diselidiki dengan tujuan meningkatkan fotostabilitas dan fotokatalisisnya, seperti TiO₂ /Ag₃ PO₄ [8], Ag₃ PO₄ /graphene [9], dan Ag₃ PO₄ /Ag/WO_3-x [10].

Attapulgite (ATP) adalah sejenis serat terhidrasi magnesium aluminium silikat mineral non-logam, yang memiliki sifat fisik dan kimia yang luar biasa, seperti kation yang dapat ditukar, penyerapan air, perubahan warna adsorpsi, dan luas permukaan spesifik yang besar [11]. Dengan demikian ATP dianggap sebagai pembawa katalis yang ideal dengan morfologi batang, dan luas permukaannya yang tinggi bermanfaat untuk menyerap katalis dan polutan. Meskipun Ag₃ PO₄ - dan TiO₂ -berbasis dan attapulgite/Ag₃ PO₄ fotokatalis komposit biner telah dilaporkan, material komposit terner berbasis attapulgite jarang diselidiki.

Dalam pekerjaan ini, ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner disintesis dengan metode dua langkah yang mudah untuk meningkatkan fotostabilitas dan fotokatalisis Ag₃ PO₄ dan menekan konsumsi logam mulia Ag. Struktur kristal dan struktur mikro komposit terner baru dicirikan masing-masing oleh XRD dan SEM, sedangkan aktivitas fotokatalitik dan stabilitasnya diukur dengan degradasi pewarna organik rhodamin B (RhB) di bawah simulasi penyinaran matahari. Komposit terner ini menunjukkan efisiensi fotokatalitik yang lebih tinggi daripada perak fosfat murni dan stabilitas fotokatalitik yang sangat baik.

Bagian eksperimental

Materi

Serat nano ATP dengan diameter rata-rata kurang dari 100 nm dan panjang rata-rata kurang dari 1 μm (Gbr. 1) diperoleh dari Jiangsu Qingtao Energy Science and Technology Co., Ltd. RhB (AR), EDTA disodium salt dehydrate (GR, 99 %), tert-Butanol (GR, 99,5%), stearil trimetil amonium klorida (STAC, 98%), perak nitrat (AR), dan dinatrium dihidrogen fosfat hidrat (Na₂ HPO₄ ·12H₂ O, AR, 99%) dibeli dari Macklin. Titanium oksida, anatase (serbuk nano, ukuran partikel 5-10 nm, dasar logam 99,8%, hidrofilik/lipofilik) dibeli dari Aladdin.

Pola sampel XRD:a ATP, b TiO₂ , c Ag₃ PO₄ , d ATP/TiO₂ , e Ag₃ PO₄ /TiO₂ , f ATP/Ag₃ PO₄ , dan g ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄

Sintesis sampel

ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner disintesis dengan metode dua langkah yang mudah. Nanorods ATP dan TiO yang tersebar dengan baik₂ nanopartikel dengan perbandingan massa 5:2 pertama-tama ditambahkan ke dalam air deionisasi dan diaduk selama 4 jam. Melalui penyerapan elektronik fisik dan permukaan, TiO₂ nanopartikel melekat pada permukaan nanorods ATP. Setelah pemisahan sentrifugal, endapan dicuci dengan air deionisasi dan kemudian dikeringkan pada suhu 60 °C selama 6 jam untuk mendapatkan ATP/TiO₂ komposit. Dengan metode presipitasi sederhana, Ag₃ PO₄ nanopartikel diendapkan pada permukaan ATP/TiO₂ dan ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner kemudian disiapkan. [12] Dalam proses preparasi biasa, 20 ml larutan perak nitrat (0,1 mol/L) dilarutkan dalam ATP/TiO₂ suspensi berair dengan 0,7 g ATP/TiO₂ komposit dan 50 ml air deionisasi dengan pengadukan ultrasonik selama 30 menit. 20 ml Na₂ HPO₄ larutan berair (0,1 mol/L) kemudian ditambahkan perlahan ke dalam larutan di atas dengan pengadukan ultrasonik dalam kondisi gelap selama 40 menit. Kemudian, endapan coklat kekuningan muda disentrifugasi, dicuci beberapa kali dengan etanol absolut, dan dikeringkan pada suhu 60 °C selama 12 jam, untuk mendapatkan ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner. Sampel bubuk Ag₃ PO₄ , Ag₃ PO₄ /ATP, Ag₃ PO₄ /TiO₂ , dan ATP/TiO₂ juga disintesis menggunakan metode serupa.

Karakterisasi

Difraksi sinar-X dikumpulkan menggunakan XRD Rigaku D/max-RB) untuk analisis fase serbuk di bawah 40 kV dan 30 mA. Struktur mikro dievaluasi dengan memindai mikroskop elektron (SEM, INSPECTF FEI, Belanda). Spektroskopi refleksi difus tampak ultraviolet (UV-vis) dari fotokatalis diselidiki menggunakan spektrofotometer UV-vis Hitach U-3010 menggunakan BaSO₄ sebagai referensi.

Eksperimen fotokatalitik

Degradasi fotokatalitik RhB diuji di bawah simulasi penyinaran matahari. 50 mg ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ditambahkan ke 100 ml larutan RhB dengan konsentrasi 5 mg/L dan diaduk dalam gelap selama 40 menit untuk memastikan keseimbangan adsorpsi-desorpsi. Sumber cahayanya adalah lampu Xe 300 W (Microsolar300, PerfectLight, Beijing, China) sekitar 150 mW/cm² (seperti yang diuji oleh radiometer FZ-A, Pabrik Instrumen Fotolistrik dari Universitas Normal Beijing, Cina). Setelah lampu dibuka, larutan 4 ml diambil pada interval waktu yang diketahui dan dipisahkan melalui sentrifugasi (10.000 rpm, 10 menit). Supernatan dianalisis dengan merekam variasi puncak serapan (554 nm) dalam spektrum UV-vis menggunakan spektrofotometer UV/vis (T6, PERSEE, Beijing, China).

Derajat degradasi zat warna RhB ditentukan menurut persamaan berikut:D % = (c ₀ − c )/c ₀ × 100% = (A ₀ − A )/A ₀ × 100%, di mana c ₀ dan c adalah konsentrasi awal dan konsentrasi setelah fotokatalisis larutan, berturut-turut; dan A ₀ dan A adalah nilai absorbansi larutan sebelum dan sesudah reaksi fotokatalitik.

Hasil dan diskusi

Karakterisasi ATP-Ag₃ PO₄ -TiO₂ komposit

Pola XRD ATP, TiO₂ , Ag₃ PO₄ , dan nanokomposit ditunjukkan pada Gambar. 1. Puncak difraksi pada Gambar 1a dapat diindeks sebagai fase ATP dengan struktur monoklinik (JCPDS # 21-0958), yang menyiratkan bahwa ATP telah dimurnikan secara khusus dan tidak ada fase pengotor. Gambar 1b menampilkan puncak difraksi tipikal dari anatase TiO₂ tanpa pengotor, sedangkan Gambar 1c menunjukkan puncak difraksi yang sesuai dengan Ag murni₃ PO₄ fase, sesuai dengan JCPDS # 06-0505. Tidak ada fase pengotor atau destabilisasi struktur untuk semua sampel nanokomposit ATP/TiO₂ (Gbr. 1d), Ag₃ PO₄ /TiO₂ (Gbr. 1e), ATP/Ag₃ PO₄ (Gbr. 1f), dan ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ (Gbr. 1g). Dalam pola XRD ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ (Gbr. 1g), puncak karakteristik utama yang terkait dengan Ag₃ PO₄ dan TiO₂ dapat dideteksi, sedangkan puncak difraksi dari fase ATP jauh lebih lemah. Fenomena tersebut menyiratkan bahwa nanorod ATP dilapisi oleh TiO₂ dan Ag₃ PO₄ nanopartikel.

Morfologi dan mikrostruktur fotokatalis komposit ditunjukkan pada Gambar 2. Nanorod ATP menunjukkan panjang rata-rata kurang dari 1 m dan diameter kurang dari 100 nm (Gbr. 2a). Karena adsorpsi fisik dan kimia permukaan, TiO₂ nanopartikel berdiameter sekitar 40 nm yang menempel pada permukaan nanorod ATP dan membentuk ATP/TiO₂ komposit, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2b. Pada Gambar. 2c, nanorod ATP sepenuhnya ditutupi oleh Ag₃ PO₄ dan TiO₂ partikel dalam ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner, sedangkan Ag₃ PO₄ muncul di permukaan ATP/TiO₂ komposit dalam bentuk partikel sferoid seragam dengan diameter sekitar 50 nm.

Gambar SEM dari a ATP, b ATP/TiO₂ , dan c ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ bedak

Spektrum penyerapan

Spektrum serapan UV-vis Ag₃ PO₄ , ATP, TiO₂ , dan ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ditunjukkan pada Gambar. 3a. Mirip dengan hasil yang dilaporkan, [3] Ag₃ PO₄ menunjukkan penyerapan yang baik dari UV ke wilayah cahaya tampak dengan panjang gelombang hingga sekitar 500 nm. Sebaliknya, TiO₂ menunjukkan penyerapan UV yang sangat baik tanpa penyerapan yang jelas di wilayah cahaya tampak. ATP menunjukkan penyerapan UV yang lebih rendah dan sedikit penyerapan di wilayah cahaya tampak. Seperti yang diharapkan, ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit terner menunjukkan penyerapan UV yang kuat yang diuntungkan dari TiO₂ dan ATP dan peningkatan penyerapan cahaya tampak yang dipaksakan oleh Ag₃ PO₄ . Celah pita optik (E _g ) dapat diperkirakan dari tepi serapan optik menurut Persamaan. (1). [13, 14]

$$ \alpha hv=A{\left( hv-{E}_g\right)}^m, $$ (1)

dimana α adalah koefisien penyerapan spektral, “hv ” adalah energi foton, A adalah konstanta, dan m sama dengan 0,5 atau 2 untuk transisi langsung dan tidak langsung. TiO₂ [15] umumnya dianggap sebagai semikonduktor celah pita tidak langsung, dan E . tidak langsungnya _g ditentukan oleh intersepsi garis lurus yang dipasang melalui sisi kurva berenergi rendah (αhυ )^1/2 versus hυ seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3b, dengan nilai perkiraan sekitar 3,20 eV. Ag₃ PO₄ dilaporkan sebagai semikonduktor celah pita tidak langsung, dan celah langsungnya pada titik Gamma dan celah tidak langsung sangat dekat dalam hal hasil yang dihitung. [16] Celah langsungnya sekitar 2,45 eV dianggap sebagai celah pita Ag₃ PO₄ di sebagian besar laporan. Di sini, E . tidak langsung _g dan mengarahkan E _g ditentukan oleh intersepsi garis lurus yang dipasang melalui sisi kurva berenergi rendah (αhυ )^1/m (m = 2 dan 0,5) versus hυ , masing-masing. Hasil Ag₃ PO₄ mengungkapkan celah pita tidak langsung sebesar 2,33 eV (Gbr. 3b) dan celah pita langsung sebesar 2,49 eV (Gbr. 3c). E . langsung _g sebesar 2,49 eV lebih sesuai dengan tepi pita serapannya daripada celah pita tidak langsung sebesar 2,33 eV. Jadi, E _g dari Ag₃ PO₄ ditentukan sebagai 2,49 eV. Demikian pula, ATP menunjukkan celah pita tidak langsung sebesar 3,37 eV (Gbr. 3b) dan celah pita langsung sebesar 3,75 eV (Gbr. 3c), dan E _g ATP ditentukan sebagai 3,75 eV. Nilai celah pita di atas dari TiO₂ , Ag₃ PO₄ dan ATP cukup dekat dengan hasil yang dilaporkan. [17] Dalam ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit terner, ada dua tepi pita serapan optik yang berbeda sekitar 385 dan 510 nm dalam spektrum serapan UV-vis, dari mana dua E yang berbeda _g nilai dapat diperkirakan. Dari tepi pita serapan 385 nm, sebuah E . langsung _g sekitar 3,64 eV diperoleh, yang berada di antara TiO₂ dan ATP sebagai hasil dari efek komposit. Sesuai dengan tepi serapan 510 nm, sebuah E . langsung _g sekitar 2,49 eV diperoleh, sesuai dengan E . langsung _g dari Ag₃ PO₄ . Akibatnya, komposit terner mempertahankan penyerapan luar biasa serupa dalam cahaya tampak seperti Ag₃ PO₄ , serta penyerapan UV yang baik yang berasal dari TiO₂ dan ATP. Hasil ini menyiratkan ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner memiliki potensi untuk menjadi fotokatalis yang sangat baik dalam rentang panjang gelombang dari sinar UV hingga cahaya tampak.

a Spektrum serapan UV-vis dan b plot (αhν )^1/2 versus (hν ) dari Ag₃ PO₄ , ATP, TiO₂ dan ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit terner; c plot (αhν )² versus (hν ) dari Ag₃ PO₄ , ATP dan TiO₂; d plot (αhν )² versus (hν ) dari ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit ternary, dan inset di d adalah detail sebagian yang diperbesar dari plot di d

Aktivitas fotokatalitik

Aktivitas fotokatalitik sampel yang dihasilkan dievaluasi dengan degradasi RhB di bawah iradiasi cahaya Xe, Gambar 4. Setelah merendam fotokatalis, larutan RhB diaduk selama 40 menit dalam kondisi gelap untuk membentuk kesetimbangan adsorpsi-desorpsi dengan tujuan menghilangkan interferensi dari adsorpsi. Gambar 4a menunjukkan evolusi spektrum absorpsi selama fotodegradasi larutan RhB oleh ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit terner di bawah iluminasi cahaya Xe sebagai fungsi waktu. Puncak serapan yang berpusat pada 554 nm sesuai dengan puncak serapan karakteristik RhB. Karena fotodegradasi RhB, kekuatan puncak menurun seiring dengan penurunan konsentrasi RhB. Setelah larutan diaduk selama 40 menit dalam kondisi gelap, hanya sedikit penurunan intensitas puncak serapan yang diamati untuk RhB, yang menunjukkan lemahnya adsorpsi zat warna pada nanokomposit. Setelah iradiasi selama 20 menit, puncak penyerapan karakteristik RhB hampir menghilang, menyiratkan degradasi pewarna dalam larutan yang hampir sempurna. Di bawah kondisi penyinaran cahaya Xe yang sama, degradasi fotokatalitik RhB dengan fotokatalis yang berbeda dibandingkan pada Gambar. 4b. Fotokatalis TiO fase tunggal₂ dan ATP menunjukkan tingkat degradasi yang lebih rendah dari 50% pada penyinaran 60 menit, sedangkan Ag₃ PO₄ menunjukkan degradasi fotokatalitik yang jauh lebih kuat dan lebih cepat, sesuai dengan laporan sebelumnya tentang fotokatalisis TiO₂ dan Ag₃ PO₄ [18]. Ag₃ PO₄ dilaporkan sebagai fotokatalis yang kuat, tetapi stabilitas aktivitas fotokatalitiknya rendah dan biayanya tinggi. Nanokomposit terner mengungkapkan tingkat degradasi yang cepat sekitar 81,1% hanya setelah 3 menit iradiasi dan degradasi hampir sempurna setelah 20 menit iradiasi, yang jelas lebih tinggi daripada Ag fase tunggal₃ PO₄ dan fotokatalis komposit biner lainnya termasuk ATP/Ag₃ PO₄ dan TiO₂ /Ag₃ PO₄ seperti yang terlihat pada Gambar. 4b. ATP memiliki sedikit aktivitas fotokatalitik, tetapi telah dilaporkan dengan kemampuan adsorpsi yang baik, [19] yang memfasilitasi molekul pewarna menempel pada permukaannya, dan menghasilkan tingkat degradasi RhB yang lebih tinggi oleh ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ fotokatalis nanokomposit terner. Menariknya, ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ fotokatalis menunjukkan efisiensi degradasi fotokatalitik yang lebih kuat daripada TiO₂ /Ag₃ PO₄ atau Ag₃ PO₄ dengan berat yang sama. Akibatnya, jumlah aplikasi biaya tinggi Ag₃ PO₄ berkurang.

a Spektrum serapan UV-vis dari larutan RhB terdegradasi fotokatalitik oleh ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit terner pada waktu yang berbeda. b Degradasi fotokatalitik RhB dengan fotokatalis berbeda di bawah simulasi penyinaran matahari

Stabilitas fotokatalis untuk fotodegradasi RhB di bawah iradiasi cahaya Xe dievaluasi dengan eksperimen fotokatalitik berulang. Pengujian serupa juga dilakukan pada Ag₃ PO₄ untuk perbandingan. Setelah setiap proses degradasi fotokatalitik, fotokatalis dipisahkan, dicuci, dikeringkan, dan kemudian didaur ulang untuk proses berikutnya. Konsentrasi awal RhB dan dosis fotokatalis dijaga agar tetap konsisten selama setiap proses degradasi fotokatalitik. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 5. Setelah setiap lari, aktivitas Ag₃ PO₄ menurun secara signifikan seperti yang diharapkan [20]. Pada proses fotokatalitik, situs aktif ditutupi oleh Ag yang muncul pada permukaan Ag₃ PO₄ partikel. Aktivitas fotokatalitik ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit terner tetap tidak berubah bahkan setelah lima siklus fotodegradasi RhB. Hasil ini menunjukkan bahwa fotokatalisis sangat stabil pada ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit terner.

Degradasi fotokatalitik berulang dari RhB dengan Ag₃ PO₄ (kotak merah terbuka) dan ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner (lingkaran hitam pekat) di bawah simulasi penyinaran matahari

Mekanisme yang mungkin dalam proses fotokatalitik

Dalam proses degradasi fotokatalitik, spesies oksigen reaktif yang umum termasuk •OH radikal, O₂ ^•– radikal dan lubang (h⁺ ). [2] Eksperimen trapping dilakukan untuk memantau spesies oksigen reaktif yang terlibat dalam proses fotokatalitik ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit di atas RhB. Tiga bahan kimia tert-butanol (TBA), benzoquinone (BQ), dan disodium ethylenediaminetetraacetate (Na₂ -EDTA) digunakan sebagai pemulung •OH radikal, O₂ ^•– radikal dan hole masing-masing. [9] Hasil eksperimen di bawah iradiasi cahaya Xe ditunjukkan pada Gambar. 6. Pengenalan 1 mM TBA (•OH radikal pemulung) tidak memiliki pengaruh yang jelas pada aktivitas fotokatalitik dari fotokatalis komposit (Gbr. 6b). Hasil ini menunjukkan bahwa radikal OH· bukanlah spesies oksigen aktif utama dalam proses fotokatalitik. Penambahan 1 mM BQ (O₂ ^•– pemulung radikal) mengurangi derajat degradasi fotokatalitik RhB menjadi 42% dalam 60 menit (Gbr. 6c), yang menunjukkan bahwa O₂ ^•– radikal membuat kontribusi penting tetapi hanya segmental untuk kinerja fotokatalitik. Setelah menambahkan pemulung lubang Na₂ -EDTA (1 mM) ke dalam sistem fotokatalitik, aktivitas degradasi fotokatalitik ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanokomposit hampir sepenuhnya ditekan (Gbr. 6d), dan tingkat degradasi RhB menurun hingga kurang dari 5% setelah 60 menit. Hasil ini menyiratkan bahwa lubang memainkan peran kunci dalam degradasi fotokatalitik. Akibatnya, lubang dan O₂ ^•– radikal adalah radikal reaktif utama dalam ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ proses fotokatalitik menurunkan RhB di bawah penyinaran sinar Xe.

Eksperimen perangkap spesies reaktif dari ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ fotokatalis komposit

Berdasarkan pembahasan yang disebutkan di atas, mekanisme fotokatalitik yang mungkin diusulkan untuk menjelaskan degradasi fotokatalitik RhB oleh ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ fotokatalis komposit terner, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7. Potensi pita konduksi (CB) dan pita valensi (VB) TiO₂ adalah 0,5 eV vs. NHE, dan + 2,70 eV vs. NHE, masing-masing [21, 22]. Nilai ini lebih negatif daripada keduanya Ag₃ PO₄ (CB + 0,45 eV vs. NHE, VB + 2,97 eV vs. NHE) [3, 16] dan ATP (CB 0,25 eV vs. NHE, VB + 3,50 eV vs. NHE). Oleh karena itu, elektron yang dihasilkan oleh foto dalam CB TiO₂ dapat dengan mudah mentransfer ke Ag₃ PO₄ , sedangkan lubang yang diinduksi foto di VB Ag₃ PO₄ akan bermigrasi ke TiO₂ , yang mempromosikan pemisahan efektif pasangan elektron-lubang yang dihasilkan foto dan mengurangi kemungkinan rekombinasi elektron dan lubang. Akibatnya, ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ fotokatalis komposit dapat menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang lebih tinggi daripada Ag fase tunggal₃ PO₄ . Sedangkan lubang pada VB TiO₂ , yang memiliki karakteristik oksidasi yang kuat, tidak hanya dapat secara signifikan mempercepat laju reaksi fotokatalitik degradasi RhB, tetapi juga dapat mengoksidasi H₂ O untuk menghasilkan O₂ . Potensi reduksi O₂ ^•– adalah 0,28 eV, sedangkan potensi CB untuk TiO₂ dan Ag₃ PO₄ adalah 0.3 dan + 0.45 eV, masing-masing. Oleh karena itu, O₂ . yang dihasilkan pada permukaan fotokatalis kemudian dapat menangkap elektron fotogenerasi untuk menghasilkan O₂ ^•– radikal, dan Ag⁺ ion dalam Ag₃ PO₄ dapat dilindungi dari fotoreduksi menjadi Ag logam (Ag⁺ + e⁻ → Ag) karena elektron dikonsumsi dalam reaksi dengan O₂ . Oleh karena itu, fotokatalis komposit dengan TiO₂ dan Ag₃ PO₄ menunjukkan stabilitas yang jauh lebih tinggi daripada Ag fase tunggal₃ PO₄ fotokatalis.

Mekanisme fotokatalitik yang diusulkan dari ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit

Kesimpulan

Sebagai kesimpulan, kami mensintesis ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit terner melalui metode sederhana:TiO₂ nanopartikel diserap pada permukaan ATP untuk membentuk struktur biner, dan kemudian Ag₃ PO₄ nanopartikel diendapkan pada ATP/TiO₂ komposit melalui interaksi elektrostatik. Persimpangan heterogen yang terbentuk dalam komposit terner meningkatkan efisiensi dan stabilitas fotokatalitik. Dibandingkan dengan Ag murni₃ PO₄ fase, fotokatalis komposit jenis ini tidak hanya mengurangi konsumsi logam mulia perak ke tingkat yang lebih besar, tetapi juga meningkatkan efisiensi fotokatalis. Hasil kami akan memberikan panduan untuk merancang komposit berbasis Ag untuk aplikasi fotokatalitik.