Pembuatan Efisien Heterjuntasi Nanotub Cu₂O/TiO₂ untuk Fotokatalisis Cahaya Visible yang Ditingkatkan

Latar Belakang

Seiring dengan perhatian yang semakin besar terhadap masalah lingkungan saat ini, studi bahan pengolahan air muncul terus-menerus [1,2,3,4]. Ratusan strategi telah diusulkan untuk pengolahan air terpolusi. Namun, ada banyak masalah, seperti efisiensi rendah, tingkat daur ulang rendah, dan polusi lingkungan sekunder, yang membatasi aplikasinya lebih lanjut [5,6,7]. Bahan semikonduktor dianggap sebagai kandidat yang promising, dan dioksida titanium diakui sebagai salah satu bahan fotokatalis terbaik karena aktivitas fotokatalisis tinggi dan stabilitas kimia serta mekanik yang baik [8,9,10,11,12]. Terkini, materi TiO₂ dengan array nanotub (NT) banyak diteliti, dan morfologi tubular terbukti sebagai struktur yang promising untuk fotokatalisis. Dibandingkan dengan morfologi mikroskopik lainnya, array NT TiO₂ memiliki beberapa keuntungan signifikan [13,14,15,16,17]. Pertama, struktur tubular unik dapat meningkatkan efisiensi transportasi elektron dan menahan rekombinasi pembawa, yang akan menghasilkan lebih banyak spesies reaktif oksigen (ROS) [18, 19]. Kedua, array NT TiO₂ jauh lebih mudah didaur ulang dibandingkan fotokatalis bubuk TiO₂ [20,21,22,23,24]. Ketiga, array NT TiO₂ memiliki luas permukaan spesifik besar dan energi permukaan tinggi. Namun, karena jarak energi yang relatif lebar (~ 3,2 eV), fotokatalis NT TiO₂ hanya aktif di bawah iradiasi UV [25,26,27,28]. Nyatanya, fotokatalis yang dapat bereaksi terhadap cahaya visible akan memiliki keuntungan yang jelas. Saat ini, fokus penelitian fotokatalis adalah menyesuaikan rentang respons cahaya dan meningkatkan efisiensi fotokatalis mereka.

Membangun fotokatalis heterogen TiO₂ dengan jarak energi sempit adalah salah satu topik panas sebagai upaya untuk mengatasi hambatan tersebut. Semikonduktor jarak energi sempit, seperti Cu₂O, CdS, CdTe, PbS, dan Bi₂O₃, telah diteliti untuk membangun fotokatalis heterjuntasi TiO₂ [29,30,31,32,33,34]. Di antara mereka, Cu₂O (dengan jarak energi langsung ~ 2,2 eV) dianggap sebagai salah satu kandidat terbaik. Untuk Cu₂O, rentang responsnya sekitar 560 nm, dan struktur jarak energinya secara kebetulan cocok dengan level energi NT TiO₂. Seperti yang ditunjukkan secara skematis pada Gambar 1, di bawah eksitasi cahaya visible, pasangan elektron-lubang dihasilkan dan elektron yang diinduksi cahaya diekstrak ke gelinding konduktif Cu₂O kemudian mentransfer ke gelinding konduktif TiO₂, yang menekan rekombinasi elektron dan lubang. Struktur heterjuntasi ini memecahkan masalah bahwa materi TiO₂ tidak dapat bereaksi terhadap cahaya visible dan masalah bahwa pasangan elektron-lubang yang dihasilkan pada Cu₂O mudah direkombinasikan. Dari sudut pandang ini, materi struktur heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA menjamin keuntungan alami dalam fotokatalisis cahaya visible.

Diagram struktural skematis heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA. Di bawah iluminasi cahaya visible, elektron diekstrak ke gelinding konduktif partikel Cu₂O kemudian ditransfer ke gelinding konduktif TiO₂ untuk struktur jarak energi yang cocok

Pendekatan umum untuk menyiapkan fotokatalis heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ mencakup koprecipitasi kimia dan elektrodeposisi, dan produk telah menunjukkan performa fotokatalisis yang promising. Namun, masih menjadi tantangan untuk menyiapkan fotokatalis heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ dengan kualitas baik dengan menggunakan metode yang mudah dan hemat biaya. Terinspirasi oleh konsep prekursor dari afa kimia (CVD), ide menggunakan asetat untuk membawa ion tembaga ke dalam dalam NT TiO₂ yang disiapkan oleh oksi anodik muncul. Diketahui bahwa senyawa logam organik cenderung terdekomposisi termal. Dalam studi ini, NTAs TiO₂ anodik berfungsi sebagai “nano-wadah” untuk memuat asetat tembaga pada awalnya dan kemudian sebagai “nano-reaktor” untuk menyediakan ruang untuk dekomposisi termal asetat tembaga yang dimuat. Setelah perawatan termal, film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ TNA berhasil diperoleh. Sejauh pengetahuan kami, metode ini belum pernah dilaporkan untuk menyiapkan heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ TNA. Selanjutnya, komposisi fase, morfologi, dan aktivitas fotokatalisis dikarakterisasi oleh XRD, EDS, SEM, dan spektrofotometer.

Bagian Eksperimen

Bahan kimia yang disebutkan dalam proses eksperimen dibeli (Sinopharm Group Chemical Reagent Co. Ltd., China) dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut, kecuali air deionis dengan resistansi 18,3 MΩ cm.

Persiapan Array Nanotub TiO₂ Murni

Metode oksi anodik digunakan untuk menyiapkan array NTAs TiO₂ yang seragam dan stabil dengan perataan vertikal [35, 36]. Lem logam titanium (Ti) dipotong menjadi potongan 1,5 × 5 cm² dan dibersihkan dengan pembersih. Setelah mandi ultrason dalam etanol, potongan Ti dikeringkan dalam oven. Elektrolit terdiri dari 535,45 g glikol, 10 g air deionis, dan 1,6617 g NH₄F, yang dicampur dan diaduk selama 2 jam. Kemudian, kami mengambil dua potongan Ti sebagai anoda dan katoda, masing-masing. Merendam mereka dalam elektrolit, menerapkan potensi konstan 50 V selama 2 jam, array nanotub TiO₂ amorfa (TiO₂ NTAs) dibuat pada suhu ruang.

Sintesis Heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA

NTAs TiO₂ amorfa dikristalkan menjadi anatase oleh perawatan termal pada 450 °C. Kemudian, mereka digunakan sebagai substrat untuk menyiapkan film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA. Pertama, asetat tembaga (Cu(Ac)₂) dengan konsentrasi berbeda disiapkan, berkisar dari 0,05 hingga 0,3 mol/L. Kemudian, NTAs TiO₂ yang telah dianalling direndam sementara dalam larutan dan dikeringkan dalam oven pada 70 °C segera. Dan produk akhir, film Cu₂O-TiO₂, ditandai sebagai sampel S1-S5 masing-masing oleh konsentrasi Cu(Ac)₂ yang berbeda 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, dan 4 mol/L dalam proses rendaman ini. Setelah proses ini, molekul asetat tembaga telah masuk ke dalam nanotub TiO₂. Langkah selanjutnya adalah menempatkan sampel dalam tungku sintering atmosfer N₂ dengan suhu sintering 400 °C selama 150 menit. Asetat tembaga terdekomposisi termal dengan cara yang dijelaskan oleh Eq. (1). Akhirnya, film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA disiapkan. Proses ini ditunjukkan secara skematis pada Gambar 2.

Prosedur sintesis film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA. a Langkah 1, NTAs TiO₂ anodik. b Langkah 2, isi tabung dengan larutan prekursor. c Langkah 3, sinter tabung yang terisi pada 400 °C untuk mendapatkan heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA. d Rumus reaksi kimia proses sintering

Seperti memegang tabung uji yang berisi asetat tembaga, setelah dipanaskan, asetat tembaga terdekomposisi termal menjadi Cu₂O yang tertinggal di dalam NTAs TiO₂.

Karakterisasi

Mikroskop elektron pemindai (SEM, JSM-7000F, JEOL Inc., Jepang) dengan spektrometer energi-dispersif (EDS) digunakan untuk observasi morfologi dan struktur. Sampel dikarakterisasi oleh spektrometer difraksi sinar X D/max-2400 (Rigaku, D/max-2400, Jepang) dan spektrometer UV-vis (Ultrospec 2100 pro) juga digunakan. Untuk mengevaluasi aktivitas fotokatalisis heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA yang disintesis, kami mengambil metil oranye (MO), indikator organik tipikal, sebagai objek degradasi. Film Cu₂O-TiO₂ NTA (3,0 × 1,5 cm²) direndam dalam larutan MO akuatik 5 × 10⁻⁵ mol/L dan diiradiasi dengan tujuh lampu visible 4 W (Toshiba, Cool white, FL4W, Jepang). Kemudian, larutan diaduk magnetis dalam gelap selama 30 menit untuk memastikan ekuilibrisi adsorpsi-desorpsi sebelum degradasi fotokatalisis. Eksperimen degradasi berlangsung 180 menit dengan sampel 1,5 mL ditarik secara berkala. Konsentrasi MO yang tersisa diukur oleh spektrofotometer pada sekitar 460 nm berdasarkan hukum Beer-Lambert. Efisiensi degradasi MO dapat didefinisikan sebagai berikut:

Dan perubahan dari A_t/A₀ merujuk pada perubahan dalam C_t, yang mewakili aktivitas fotokatalisis sampel yang diuji.

Hasil dan Pembahasan

Gambar 3 menunjukkan observasi SEM tipikal dari NTAs TiO₂ anodik murni setelah analling pada 450 °C. Oksi anodik adalah proses elektrolitik yang mengubah permukaan logam menjadi lapisan oksida atau struktur pori. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, NT TiO₂ yang disiapkan memiliki morfologi tabung terbuka dengan distribusi diameter luar yang seragam sekitar 100 nm. NTAs TiO₂ anodik sangat teratur dan terarah, dan setiap NT TiO₂ tunggal memiliki dinding tabung yang sangat halus dengan ketebalan rata-rata sekitar 10 nm. Studi sebelumnya kami telah menunjukkan bahwa panjang tabung, diameter, dan morfologi dapat diatur dengan menyesuaikan protokol oksi anodik [37, 38]. Hasil SEM juga menunjukkan bahwa analling termal pada suhu tinggi 450 °C tidak merusak morfologi NTAs TiO₂. XRD digunakan untuk mengkarakterisasi kristal NTAs TiO₂ murni (sampel 1), lihat Gambar 4a. Hasil menunjukkan bahwa puncak difraksi yang terletak pada 25,3°, 36,9°, 37,8°, 48°, 53,9°, 55°, 62,7°, dan 68,8° dapat diamati pada sampel 1, yang masing-masing berkaitan dengan (101), (103), (004), (200), (105), (211), (204), dan (116) fase anatase. Seperti yang diketahui, ada tiga jenis fase dioksida titanium, anatase, brookite, dan rutile. Rutile dapat menunjukkan kemampuan fotokatalisis yang relatif baik dengan ukuran butir kurang dari 10 nm. Namun, untuk mendapatkan fase rutile, sampel TiO₂ perlu dipanaskan pada suhu sintering tinggi 800 °C, yang dapat menyebabkan patahnya tabung TiO₂ dalam hal ini. Fase brookite sulit terbentuk dengan metode analling termal karena stabilitas fase termodinamika yang buruk, sementara anatase adalah fase paling umum dengan aktivitas fotokatalisis yang baik [39, 40]. Puncak difraksi yang tajam dan intensitas kuat pada sampel 1 (lihat Gambar 4a) menunjukkan struktur anatase yang berkristal tinggi, yang berarti bahwa substrat TiO₂ kami unggul tidak hanya dalam morfologi tetapi juga dalam fase kristal. NTAs TiO₂ yang sangat teratur dengan morfologi mulut tabung terbuka digunakan sebagai substrat untuk menyiapkan film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA dalam studi ini.

Gambar SEM tipikal array nanotub TiO₂ murni tanpa modifikasi. a Tampilan atas dan b tampilan samping, menunjukkan struktur perataan vertikal yang sangat teratur dengan morfologi mulut tabung terbuka. Diameter tabung sekitar 100 nm, dan panjang tabung sekitar 10 μm

a Pola XRD sampel heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA. Sampel S0: sampel NTAs TiO₂ anatase murni; sampel S2, S4, dan S5: sampel terdekomposisi termal dengan rendaman dalam larutan Cu(Ac)₂ 0,1, 0,3, dan 4 mol/L, masing-masing. b Hasil EDS film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA, menunjukkan keberadaan elemen Ti, Cu, dan O. Hasilnya mengonfirmasi pemuatan yang berhasil Cu₂O pada NTAs TiO₂

Pola XRD NTAs TiO₂ yang dimuat nanopartikel Cu₂O dengan gradien konsentrasi yang bervariasi dari 0,05 hingga 4,0 mol/L juga ditunjukkan pada Gambar 4a, dan sampel 4,0 mol/L disiapkan oleh proses rendaman berulang yang dijelaskan dalam File Tambahan 1, bagian “Detail Eksperimen”. Sampel dinamai sampel 2 hingga 4 dengan konsentrasi Cu(Ac)₂ yang meningkat. Kecuali puncak TiO₂, tidak ada puncak Cu₂O yang muncul pada sampel 2 karena jumlah Cu₂O yang dimuat sangat kecil. Dan partikel mungkin terdapat di dalam “nano-wadah” TiO₂ yang juga meningkatkan kesulitan karakterisasi. Pada sampel 3 dan sampel 4, puncak cuprite yang jelas dapat diamati pada 29,6°, 36,4°, 42,3°, dan 61,3°, masing-masing berkaitan dengan cuprite (110), (111), (200), dan (220) Cu₂O. Perlu dicatat di sini bahwa sampel 4 hanya digunakan untuk mengkarakterisasi keberadaan partikel Cu₂O, dan detail sintesisnya dijelaskan dalam File Tambahan 1. Selain itu, parameter lattice dan ukuran butir dihitung berdasarkan data XRD. Setelah menghapus latar belakang dan difraksi K_α2, dan mengikuti proses halusan serta pemasangan, kami mendapatkan parameter lattice rata-rata sampel kami a = b = c = 4,2646 Å, yang cocok dengan PDF standar. PDF standar menunjukkan bahwa parameter lattice Cu₂O adalah: a = b = c = 4,2696 Å, dan Cu₂O memiliki struktur kubik [41]. Ukuran butir rata-rata Cu₂O dihitung sebagai ~ 47 nm, dengan menggunakan rumus Debye-Scherrer:

Pada Eq. (3), D adalah ukuran butir, K adalah konstanta Scherrer, γ adalah panjang gelombang sinar X, B adalah FWHM yang perlu dalam radian, dan θ adalah sudut difraksi. Hasil XRD menunjukkan bahwa Cu(Ac)₂ dimuat ke dalam NTAs TiO₂ dan berhasil terdekomposisi menjadi Cu₂O di dalam NTAs TiO₂ yang sama, dan kemudian film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA terbentuk. Untuk menyelidiki lebih lanjut heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA, analisis elemen dilakukan menggunakan EDS. Gambar 4b menunjukkan diagram EDS film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA yang disiapkan dengan 0,2 mol/L Cu(Ac)₂. Persentase atom adalah 7,32, 28,96, 57,45, dan 6,27 % untuk elemen Cu, Ti, O, dan penimpur C. Hasil ini menunjukkan bahwa Cu₂O memiliki konten yang relatif rendah dalam sampel heterjuntasi, tetapi masih membawa aktivitas cahaya visible, yang akan dibahas nanti dalam eksperimen degradasi MO. Hasil EDS selaras dengan hasil XRD pada Gambar 4a bahwa cuprite Cu₂O berhasil dimuat pada NTAs anatase.

Gambar 5 menunjukkan hasil SEM tampilan atas NTAs TiO₂ yang dimodifikasi. Dibandingkan dengan sampel NTAs TiO₂ murni pada Gambar 3, beberapa partikel kecil dapat terlihat di dekat atas dan di dalam tabung TiO₂ pada Gambar 5a. Meningkatkan jumlah modifikasi, sejumlah nanopartikel dapat diamati dengan jelas pada Gambar 5b. Gambar 5c adalah sampel 4 yang telah kita bahas sebelumnya. Sebagian besar permukaan tabung ditutupi oleh Cu₂O berlebihan, menunjukkan bahwa sampel 4 terdekorasi berlebihan. Berdasarkan gambar SEM, distribusi ukuran partikel Cu₂O diperkirakan berkisar dari ~ 30 hingga ~ 80 nm, yang selaras dengan ukuran butir yang dihitung XRD sekitar 47 nm. Untuk struktur tabung dari ketiga sampel, mereka masih mempertahankan keadaan perataan vertikal, tetapi beberapa tabung sedikit miring. Hal ini dianggap sebagai efek proses dekomposisi termal, yang memerlukan proses pemanasan 400 °C untuk mendekomposisi Cu(Ac)₂ menjadi Cu₂O. Suhu tinggi pada langkah dekomposisi memiliki efek negatif pada struktur tabung, didukung oleh gambar SEM. Namun, jika suhu pemanasan pada proses termal terlalu rendah hingga 240 °C, Cu(CH₃COO)₂·H₂O hanya akan mengalami dehidrasi daripada dekomposisi. Jadi suhu harus dikontrol sekitar 300 hingga 400 °C untuk mempertahankan struktur tubular nano-skala dan memastikan pembuatan heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA. Dapat disimpulkan bahwa heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ dapat terbentuk, dan morfologi tetap baik, ketika dekomposisi terjadi pada 400 °C.

Gambar SEM tipikal film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA. a Sampel direndam dalam 0,2 mol/L Cu(Ac)₂. b Sampel direndam dalam 0,3 mol/L Cu(Ac)₂. c Sampel direndam dalam Cu(Ac)₂ dengan konsentrasi terlalu tinggi

Nanopartikel Cu₂O dimuat pada NTAs TiO₂ untuk membuat heterjuntasi, yang diharapkan meningkatkan kemampuan respons cahaya pada rentang cahaya visible, jadi karakterisasi UV-vis diadopksi untuk menyelidiki properti optik NTAs Cu₂O-TiO₂ yang disintesis. Gambar 6a menunjukkan spektrum serapan UV-vis sampel Cu₂O-TiO₂ NTA dengan magnitudo pemuatan Cu₂O meningkat dari tidak ada hingga 4,0 mol/L. Terlihat pada Gambar 6a bahwa NTAs TiO₂ murni tanpa pemuatan Cu₂O hanya menunjukkan serapan tinggi pada daerah ultraviolet (< 380 nm), karena properti intrinsik materi. Setelah memuat partikel Cu₂O, rentang serapan diperluas ke 600–700 nm. Dan ketika intensitas meningkat dengan kenaikan magnitudo modifikasi Cu₂O, nilai serapan film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ juga meningkat. Gambar 6a menunjukkan bahwa NTAs TiO₂ diberikan kemampuan respons cahaya visible dengan menghias partikel nanopartikel Cu₂O. UV-vis bersama dengan SEM, EDS, dan hasil XRD membuktikan bahwa heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA berhasil dibuat oleh metode dekomposisi termal, dan sampel menunjukkan serapan cahaya visible yang ditingkatkan.

a Spektrum UV-vis NTAs Cu₂O-TiO₂ dan serapan diperluas ke rentang cahaya visible serta meningkat dengan jumlah pemuatan Cu₂O. b Kinetik degradasi fotokatalisis cahaya visible MO yang diobati oleh film heterjuntasi dengan konten Cu₂O yang berbeda. Ketika magnitudo dekorasi Cu₂O pada NTAs TiO₂ meningkat, efisiensi dekomposisi MO di bawah iradiasi cahaya visible meningkat. Sampel S0 merujuk pada film TiO₂ murni, dan sampel S1–S5 adalah sampel yang direndam dalam larutan Cu(Ac)₂ dengan konsentrasi 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, dan 4 mol/L, masing-masing

Aktivitas fotokatalisis, salah satu properti terpenting film Cu₂O-TiO₂ NTA, dievaluasi melalui degradasi larutan MO akuatik. Kinetik degradasi fotokatalisis cahaya visible ditunjukkan pada Gambar 6b. Laju degradasi MO berkaitan proporsional dengan jumlah pemuatan Cu₂O. Semakin banyak partikel Cu₂O yang dimuat pada NTAs TiO₂, semakin cepat MO terdegradasi. Sampel S1 degradasi MO hingga 91,0 % dalam 3 jam di bawah iradiasi cahaya visible, sedangkan sampel S4 degradasi MO hingga 86,4 % dalam 3 jam di bawah kondisi yang sama. Laju degradasi MO mewakili aktivitas fotokatalisis sampel. Membandingkan dengan laju degradasi fotokatalisis sekitar 2,73 % CdTe-TiO₂ oleh metode elektrodeposisi pulsa [29], sekitar 45 % Bi₂O₃ oleh teknik SILAR yang diasistensi ultrasonik [32], dan sekitar 27,25 % Cu₂O oleh metode voltametri gelombang persegi [33], fotoaktivitas sampel Cu₂O-TiO₂ yang disintesis ini dapat ditingkatkan. Namun, sebagai strategi baru yang mudah, ini masih berkontribusi untuk meningkatkan metode pembuatan. Ketika jumlah pemuatan Cu₂O naik, ada tren bahwa aktivitas fotokatalisis film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA yang disintesis kami meningkat. Ini menunjukkan bahwa konten Cu₂O memiliki pengaruh positif terhadap aktivitas fotokatalisis cahaya visible. TiO₂ itu sendiri hanya bereaksi terhadap ultraviolet, dan kemampuan fotokatalisis cahaya visible seharusnya berasal dari dekorasi Cu₂O. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7, dasar gelinding konduktif Cu₂O sedikit lebih tinggi daripada TiO₂, sementara puncak gelinding valensi Cu₂O lebih tinggi daripada TiO₂. Jadi, elektron yang diinduksi cahaya diekstrak ke gelinding konduktif Cu₂O kemudian ditransfer ke gelinding konduktif TiO₂. Sebagai semikonduktor jarak langsung, vektor gelombang Cu₂O sama pada dasar gelinding konduktif dan puncak gelinding valensi. Ini berarti bahwa hanya perubahan energi yang diperlukan, bukan perubahan momentum. Struktur gelinding energi ini menyebabkan situasi di mana pembawa mudah direkombinasikan. Namun, dengan bantuan struktur heterjuntasi, elektron yang dihasilkan cahaya pada Cu₂O mentransfer ke NTAs TiO₂ yang menekan rekombinasi pasangan elektron/lubang. Semakin lama pasangan tersebut bertahan, semakin mudah ROS dihasilkan yang membawa aktivitas fotokatalisis ini. Semakin banyak Cu₂O yang dimuat pada NTAs TiO₂, semakin baik heterjuntasi yang dibuat. Dan kemampuan fotokatalisis ditingkatkan. Jadi, konten Cu₂O menunjukkan pengaruh positif terhadap aktivitas fotokatalisis cahaya visible. Namun, peningkatan lebih lanjut konten Cu₂O serta kemampuan fotokatalisis terbatas, karena keterlarutan Cu(Ac)₂ dalam larutan air yang 7,2 g (0,36 mol/L) pada suhu ruang. Dan sampel S5 dengan konsentrasi Cu(Ac)₂ 4,0 mol/L disiapkan oleh proses rendaman berulang yang dijelaskan dalam File Tambahan 1, bagian Detail Eksperimen. Degradasi fotokatalisis MO mengikuti kinetik pseudo-pertama urutan [42] dan reaksi kinetik dapat diekspresikan sebagai:

Struktur jarak energi Cu₂O dan TiO₂ sebelum (kiri) dan setelah (kanan) kontak. Ketika heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ terbentuk, pasangan elektron/lubang yang dihasilkan cahaya pada Cu₂O dapat transfer ke NTAs TiO₂

Sementara kurva degradasi kami hampir garis lurus, ini bukan fungsi eksponensial. Jadi, masih ada ruang untuk perbaikan. Dan batas keterlarutan dapat dipecah oleh metode rendaman berulang yang kami sebutkan sebelumnya, dengan penyelidikan lebih lanjut konsentrasi Cu(Ac)₂ dan jumlah pengulangan untuk menghindari efek berlebihan. Dalam studi ini, karena metode dekomposisi termal ini adalah yang kami kaitkan dan coba ilustrasikan, kami hanya mengambil 0,3 mol/L (dekat keterlarutan 0,36 mol/L) sebagai konsentrasi maksimum larutan Cu(Ac)₂. Dan aktivitas fotokatalisis cahaya visible heterjuntasi yang disintesis kami dikonfirmasi oleh hasil degradasi MO. Studi sebelumnya kami menemukan bahwa Degussa P25 memiliki aktivitas fotokatalisis ultraviolet yang serupa dengan NTAs TiO₂, ketika daya P25 ditempatkan pada substrat kaca [28]. Dapat disimpulkan bahwa kami berhasil menyiapkan film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA dengan aktivitas fotokatalisis cahaya visible.

Kesimpulan

Singkatnya, kami berhasil menyiapkan film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA dengan proses dekomposisi termal sederhana. Hasil SEM, EDS, dan XRD menunjukkan bahwa NTAs TiO₂ dengan diameter tabung ~ 100 nm dimuat oleh nanopartikel Cu₂O dengan ukuran rata-rata ~ 50 nm. NTAs TiO₂ anodik berfungsi sebagai “nano-wadah” dan “nano-reaktor” untuk memuat dan menyintesis nanopartikel Cu₂O dengan jarak sempit, yang belum pernah dilaporkan sebelumnya. Spektrum UV-vis menunjukkan bahwa rentang serapan NTAs TiO₂ diperluas dari rentang ultraviole ke cahaya visible, karena pemuatan Cu₂O. Pengujian fotokatalisis menunjukkan bahwa ada aktivitas fotokatalisis cahaya visible dari heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ yang disintesis. Kemampuan fotokatalisis film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA ditemukan meningkat dengan konten Cu₂O dari 0,05 hingga 0,3 mol/L. Kerja saat ini kami telah menunjukkan metode baru dan mudah untuk menyiapkan film heterjuntasi Cu₂O-TiO₂ NTA, yang juga dapat menjanjikan untuk bidang lingkungan dan energi.

Singkatan

EDS:

Spektrometer energi-dispersif

NTAs:

Array nanotub

SEM:

Mikroskop elektron pemindai

XRD:

Difraksi sinar X