Fabrikasi Hirarki ZnO@NiO Core–Shell Heterostructures untuk Peningkatan Kinerja Fotokatalitik
Abstrak
Heterostruktur inti-kulit ZnO @ NiO dengan efisiensi fotokatalitik tinggi dan dapat digunakan kembali disiapkan melalui deposisi elektrokimia pada substrat kain serat karbon. Sifat fotokatalitiknya diselidiki dengan mengukur degradasi rhodamin B dan methyl orange (MO) di bawah iradiasi sinar ultraviolet. Efisiensi fotodegradasi heterostruktur ZnO@NiO terhadap kedua zat warna lebih baik dibandingkan dengan nanorod ZnO dan nanosheet NiO murni. Kinerja yang lebih tinggi dapat dikaitkan dengan pembentukan p-n heterojunction antara ZnO dan NiO. Khususnya, heterostruktur ZnO@NiO yang terbentuk pada pengendapan NiO selama 10 menit mendegradasi 95% MO di bawah penyinaran sinar ultraviolet selama 180 menit. Efisiensi fotodegradasi yang tinggi dari heterostruktur ZnO@NiO juga dikaitkan dengan efisiensi pemisahan yang tinggi dari pembawa fotogenerasi, sebagaimana dikonfirmasi oleh arus foto yang lebih tinggi dari heterostruktur ZnO@NiO (delapan kali lipat) bila dibandingkan dengan nanorod ZnO murni. Selain itu, efisiensi fotodegradasi yang tinggi dari heterostruktur ZnO@NiO dipertahankan selama tiga percobaan degradasi berturut-turut dan menurun hingga 90% setelah siklus ketiga.
Latar Belakang
Selama beberapa dekade terakhir, fotokatalisis semikonduktor, sebagai jenis "teknologi hijau", telah menarik banyak perhatian karena aplikasi potensialnya dalam perlindungan lingkungan dan produksi energi [1,2,3]. Semikonduktor khas yang telah diselidiki adalah TiO2 [4], ZnO [5,6,7], Cu2 O [8, 9], CdS [10, 11], dan C3 N4 [12]. Di antara mereka, ZnO telah menjadi yang paling sistemik diselidiki karena mobilitas elektron yang tinggi, morfologi yang beragam, kemudahan persiapan, biaya rendah, dan sifat tidak beracun [13, 14]. ZnO, dengan celah pita lebar langsung (3,37 eV), biasanya menunjukkan konduktivitas tipe-n karena cacat bawaan, termasuk interstisial seng dan kekosongan oksigen. Namun, ZnO sebagai fotokatalis memiliki beberapa keterbatasan:(1) celah pita yang besar mendukung penggunaan sinar ultraviolet terutama untuk terjadinya fotodegradasi; (2) rekombinasi internal yang cepat dari pasangan elektron-lubang fotogenerasi menghasilkan efisiensi fotodegradasi yang buruk [15, 16]; (3) terjadinya fotokorosi yang parah selama proses fotokatalitik menghambat degradasi efektif polutan organik. Oleh karena itu, pengembangan fotokatalisis kinerja tinggi berbasis ZnO tetap menjadi tantangan.
Banyak kelompok penelitian telah melihat ke dalam meningkatkan efisiensi pemisahan pembawa fotogenerasi dan memperluas rentang respons spektral melalui, misalnya, doping [17], memuat logam mulia [5, 18,19,20], dan menggabungkan dengan semikonduktor lain [21, 22,23,24,25,26,27,28,29,30,31]. Sebagai calon potensial, nikel oksida, bahan semikonduktor tipe-p (Eg = 3.5 eV) dengan garam batu atau struktur kubik, telah menarik banyak minat karena struktur elektroniknya, mobilitas lubang yang tinggi, dan ketidakcocokan kisi yang rendah dengan ZnO. Dengan demikian, dapat digunakan untuk membuat p-n heterojunction dengan ZnO. Selain itu, heterojungsi ZnO@NiO dapat membentuk struktur pita tipe II. Pita konduksi (CB) dari ZnO terletak di antara pita valensi (VB) dan pita CB dari NiO; konfigurasi seperti itu dapat menghambat rekombinasi pasangan elektron-lubang fotogenerasi, yang berpotensi mengarah pada peningkatan efisiensi fotokatalitik. Zhang dkk. [32] melaporkan sintesis p-type NiO/n-type ZnO heterojunction nanofibers menggunakan proses sol-gel dan teknologi electrospinning dan penggunaannya sebagai fotokatalis. Yang terakhir menunjukkan aktivitas katalitik yang lebih tinggi daripada serat nano NiO dan ZnO murni. Luo dkk. [33] melaporkan bahwa nanoneedles ZnO langsung tumbuh dari busa Ni berpori atau permukaan NiO menunjukkan kinerja fotokatalitik 2,5 kali lipat lebih tinggi daripada ZnO murni. Lei dkk. fabrikasi hirarkis berpori ZnO/NiO mikrosfer berongga, yang memiliki kapasitas adsorpsi unggul untuk Kongo [34]. Terlepas dari peningkatan efisiensi fotokatalitik yang dilaporkan, penggunaan heterostruktur ZnO@NiO saat ini sebagai fotokatalis masih mengalami kekurangan seperti proses sintesis yang kompleks, kesulitan dalam pemisahan fotokatalis dari media reaksi, dan penggunaan kembali fotokatalis selanjutnya. Khususnya, pemisahan fotokatalis dari larutan setelah reaksi merupakan tantangan dalam proses fotokatalitik praktis.
Dalam makalah ini, kain serat karbon dipilih sebagai substrat untuk mensintesis heterostruktur ZnO@NiO melalui deposisi elektrokimia. Konfigurasi seperti itu memungkinkan pemisahan fotokatalis dari larutan dan daur ulang fotokatalis dengan mudah. Performa respons arus foto dari hierarki heterostruktur inti-kulit ZnO@NiO juga dibahas.
Metode
Persiapan Bahan
Nanorods ZnO ditanam pada kain serat karbon melalui metode deposisi elektrokimia. Sebelum digunakan, kain serat karbon dibersihkan dengan sonikasi berurutan dalam aseton, etanol, dan air deionisasi. Campuran larutan berair (elektrolit) 5 mM seng nitrat heksahidrat (Zn(NO3 )2 ·6H2 O) dan heksametilenatetramina 5 mM, kain serat karbon, pelat platinum 2 cm × 2 cm, dan Ag/AgCl dalam larutan KCl jenuh masing-masing digunakan sebagai elektroda kerja, penghitung, dan referensi. Sel elektrolit ditempatkan dalam penangas air untuk mempertahankan suhu konstan 90 °C. Reaksi dilakukan selama 30 menit pada potensial konstan 0,9 V versus elektroda referensi. Setelah reaksi, sampel dicuci beberapa kali dengan air deionisasi dan dikeringkan dalam oven pada suhu 60°C selama 24 jam.
Lapisan nanosheet NiO diendapkan pada kain serat karbon melalui deposisi elektrokimia, dan 0,01 mol nikel nitrat heksahidrat (Ni(NO3 )2 ·6H2 O) dilarutkan dalam 500 mL air deionisasi. Reaksi dilakukan pada potensial konstan 1 V versus elektroda referensi selama 10 menit. Setelah reaksi, sampel dikeluarkan dari larutan dan dicuci beberapa kali dengan air deionisasi, diikuti dengan annealing pada suhu 400 °C dalam oven selama 2 jam di udara.
Untuk mempersiapkan heterostruktur ZnO@NiO, lapisan NiO diendapkan pada nanorod ZnO melalui deposisi elektrokimia. Waktu pengendapan divariasikan dari 5 hingga 10 dan 15 menit. Sampel yang dihasilkan masing-masing dilambangkan sebagai ZN1, ZN2, dan ZN3. Proses fabrikasi heterostruktur ZnO@NiO disajikan pada Gambar. 1. Proses yang sama seperti yang digunakan untuk pengendapan lapisan NiO pada substrat kain karbon juga digunakan.
Proses fabrikasi heterostruktur ZnO@NiO secara hierarkis
Karakterisasi Material
Morfologi dan struktur nanorod ZnO, nanosheet NiO, dan heterostruktur ZnO@NiO dicirikan oleh mikroskop elektron pemindaian emisi medan (FESEM; NoVaTM Nano SEM 250, FEI), difraksi sinar-X (XRD; Bruker D8 Advance), dan transmisi mikroskop elektron (TEM; Tecnai G2 F20, FEI). Komposisi kimia permukaan dan keadaan ZN2 ditentukan menggunakan spektrometer fotoelektron sinar-X (Thermo ESCALAB 250XI) yang dilengkapi dengan sumber Al Kα monokromatik (1486,6 eV). Pengukuran photoluminescence (PL) dilakukan dengan spektrometer mikro-Raman JY-630 menggunakan garis 325 nm laser He–Cd sebagai sumber eksitasi.
Aktivitas Fotokatalitik
Aktivitas fotokatalitik sampel (ZnO, NiO, dan ZnO@NiO) diselidiki dengan memeriksa fotodegradasi rhodamin B (RhB) dan jingga metil (MO). Pengaturan fotokatalitik (XPA seri-7, Nanjing) dilengkapi dengan lampu merkuri 500W sebagai sumber cahaya. Biasanya, sampel fotokatalis yang ditumbuhkan pada substrat kain serat karbon (2 cm × 1,5 cm) ditempatkan ke dalam tabung kuarsa yang diisi dengan 20 mL larutan berair RhB atau MO (5 mg/L). Solusi pertama disimpan selama 60 menit dalam gelap untuk memastikan keseimbangan adsorpsi-desorpsi antara fotokatalis dan pewarna, setelah iradiasi dengan sinar UV dimulai. Pada interval pencahayaan tertentu, konsentrasi zat warna ditentukan dengan mengukur absorbansi larutan zat warna pada 464 nm (untuk MO) dan 554 nm (untuk RhB) pada spektrofotometer UV-Vis (TU-1900/1901, Beijing) . Eksperimen dilakukan pada suhu kamar.
Karakterisasi Respons Arus Foto
Semua pengukuran elektrokimia dilakukan dengan menggunakan sistem tiga elektroda yang khas. 0,5 juta Na2 JADI4 larutan berair (dengan pH buffer hingga ~ 7.0) digunakan sebagai elektrolit. Lampu UV 10W digunakan sebagai sumber cahaya untuk pengujian arus foto.
Hasil dan Diskusi
Pola XRD dari nanorod ZnO, nanosheet NiO, dan nanokomposit ZnO@NiO yang ditumbuhkan pada kain serat karbon ditunjukkan pada Gambar. 2. Puncak difraksi luas yang terletak pada 25,7° dan 43,7° dapat dianggap berasal dari kain karbon. Puncak difraksi yang diamati untuk nanorod ZnO dapat ditetapkan ke bidang kristal (100), (002), (101), (102), (110), (103), dan (112) dari wurtzite ZnO heksagonal. Puncak difraksi yang diamati pada 37,0° dan 42,9° dalam pola XRD nanosheet NiO dapat ditetapkan ke bidang kristal (111) dan (200) kubik NiO. Pola XRD heterostruktur ZN1, ZN2, dan ZN3 menunjukkan puncak difraksi struktur heksagonal ZnO dan struktur kubik NiO. Selain itu, puncak difraksi NiO secara bertahap menguat seiring waktu deposisi untuk mempersiapkan heterostruktur komposit meningkat dari 5 menjadi 15 menit. Selanjutnya, tidak ada puncak karakteristik lain yang diamati, dan tidak ada transformasi fase kristal ZnO yang diamati setelah deposisi NiO, yang mengkonfirmasi kemurnian tinggi dari komposit yang dibuat.
Pola XRD dari komposit ZnO, NiO, dan ZnO@NiO
Gambar 3a menunjukkan gambar SEM tampilan atas yang representatif dari substrat kain serat karbon. Serat memiliki permukaan yang halus (inset pada Gambar 3a). Seperti yang diamati pada Gambar. 3b, NiO dengan struktur seperti lembaran tumbuh merata pada kain serat karbon. Sebaliknya, ZnO tumbuh sebagai nanorod pada kain serat karbon (Gbr. 3c). Nanorod ZnO dengan permukaan halus dan diameter 200 nm diperoleh dengan hasil yang besar (inset dari Gambar 3c). Gambar FESEM dari komposit ZnO@NiO ditampilkan pada Gambar. 3d–f. Diameter heterostruktur menjadi lebih besar setelah deposit nanosheet NiO. Memperpanjang waktu deposisi NiO hingga 10 menit (Gbr. 3e) meningkatkan densitas nanosheet NiO yang diendapkan. Ketika waktu deposisi diperpanjang hingga 15 menit (Gbr. 3f), bagian atas nanokomposit saling berhubungan, menunjukkan peningkatan lebih lanjut dalam jumlah NiO yang diendapkan, sesuai dengan hasil XRD.
Gambar SEM dari a kain karbon, b nanosheet NiO, c nanorod ZnO, d ZN1, e ZN2, dan f ZN3
Pemetaan unsur EDS pada Gambar 4b dan c, sesuai dengan SEM pada Gambar 4a sampel ZN2, dengan jelas mengungkapkan distribusi spasial yang seragam dari unsur seng (Zn), nikel (Ni), dan oksigen (O), yang menunjukkan bahwa NiO nanosheet terdistribusi secara merata pada permukaan nanorod ZnO. Elemen yang disebutkan di atas dalam hierarki ZnO@NiO juga dikonfirmasi oleh pengukuran EDX pada Gambar. 4, yang konsisten dengan pengamatan SEM.
Gambar pemetaan unsur spektroskopi sinar-X (EDS) dispersif energi khas ZN2. a Gambar SEM yang sesuai dari area pemetaan. b O pemetaan. c pemetaan Zn. d pemetaan Ni. e Gambar EDS
Seperti yang diamati pada gambar TEM representatif pada Gambar. 5, heterostruktur ZnO@NiO (ZN2) memiliki struktur inti-kulit yang terdiri dari nanorod ZnO sebagai inti dan nanosheet NiO sebagai cangkang. Diameter morfologi seperti batang adalah ~ 200–300 nm. Gambar TEM resolusi tinggi pada Gambar 5b menunjukkan antarmuka kisi kristal ZnO dan NiO. Jarak interplanar 0,26 nm bertepatan dengan jarak kisi bidang (002) wurtzite ZnO heksagonal, sedangkan jarak kisi 0,241 nm sesuai dengan jarak antar bidang (111) bidang kubik NiO. Selain itu, antarmuka yang berbeda dan kontinuitas pinggiran kisi yang diamati antara struktur nano NiO dan ZnO pada Gambar. 5b menunjukkan pembentukan heterojungsi p–n antara NiO dan ZnO dalam struktur nano ZN2.
a Citra TEM heterostruktur ZnO@NiO (ZN2). b TEM resolusi tinggi dari gambar ZN2
Pola spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) ZN2 ditunjukkan pada Gambar. 6. Puncak yang sesuai dengan empat elemen, Zn, O, Ni, dan C, diamati dalam spektrum survei XPS (Gbr. 6a). Puncak C1 dengan energi ikat 284,6 eV digunakan sebagai referensi standar untuk kalibrasi dan terutama dikaitkan dengan kontaminan hidrokarbon, biasanya terdapat dalam spektrum XPS [15]. Pada Gambar. 6b, puncak XPS yang terletak pada 529,5 eV dianggap berasal dari oksigen kisi, sedangkan puncak energi pada 532,2 eV ditetapkan untuk O2 yang tidak teradsorpsi. atau spesies hidroksil permukaan [35]. Pada Gambar. 6c, dua puncak yang berpusat pada energi ikat 1022,3 dan 1045,2 eV dikaitkan dengan Zn 2p3/2 dan Zn 2p1/2 menyatakan [36], menunjukkan bahwa Zn ada dalam bentuk Zn
2+
. Gambar 6d menunjukkan sinyal Ni 2p XPS dari ZN2, yang dapat didekonvolusi menjadi lima puncak. Puncak pada 854.0, 856.1, dan 861.1 eV, sesuai dengan Ni 2p3/2 negara, dapat dianggap berasal dari Ni–O. Dua puncak yang tersisa pada 873.1 dan 879.6 eV dikaitkan dengan Ni 2p1/2 negara bagian [32].
Spektrum XPS dari ZN2. a Spektrum survei. b O 1s. c Zn2p. d Spektrum Ni 2p
Untuk menyelidiki potensi penerapan nanokomposit ZnO@NiO, aktivitas fotokatalitik sampel diperiksa dengan mengukur degradasi pewarna RhB di bawah iradiasi sinar ultraviolet. Penyerapan karakteristik RhB pada 554 nm digunakan untuk memantau konsentrasinya selama proses degradasi. Setelah 180 menit, 95% RhB terdegradasi dengan adanya ZN2. Sebagai perbandingan, nanorod ZnO dan nanosheet NiO masing-masing hanya mendegradasi 38% dan 33% RhB saja (Gbr. 7a). Selain itu, aktivitas fotodegradasi nanokomposit ZnO@NiO jauh lebih tinggi daripada nanorod ZnO dan nanosheet NiO. Untuk mengukur aktivitas fotodegradasi, digunakan plot konstanta laju fotodegradasi RhB versus waktu degradasi. Reaksi tersebut dapat digambarkan sebagai model kinetika orde satu semu sebagai berikut [9]:
$$ \ln \left(\frac{C}{C_0}\right)=- kt, $$
dimana C0 mewakili konsentrasi awal RhB, C mengacu pada konsentrasi RhB pada waktu penyinaran yang berbeda t , dan k adalah konstanta laju reaksi. Plot linier dari ln(C /C0 ) versus waktu fotodegradasi RhB pada ZnO, NiO, ZN1, ZN2, dan ZN3 ditunjukkan pada Gambar 7b. Konstanta laju (k ) sesuai dengan kemiringan kecocokan linier. k . yang dihitung untuk degradasi RhB pada ZN2 adalah 0,01656 min
−1
, yang lebih tinggi daripada yang dihitung untuk reaksi pada nanorod ZnO (0,00257 min
−1
) dan nanosheet NiO (0,00208 mnt
−1
). Secara keseluruhan, aktivitas fotokatalitik menurun dalam urutan ZN2 > ZN3 > ZN1 > ZnO nanorods > NiO nanosheets. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa deposisi lapisan NiO pada nanorod ZnO memfasilitasi transfer muatan, sehingga secara signifikan meningkatkan aktivitas fotokatalitik. Menurut hasil BET (ditampilkan dalam file tambahan 1), luas permukaan spesifik komposit ZnO@NiO awalnya meningkat seiring dengan bertambahnya waktu deposisi NiO dan kemudian menurun seiring dengan semakin bertambahnya waktu deposisi; dengan demikian, ZN2 menunjukkan aktivitas fotokatalitik tertinggi.
a Plot konsentrasi relatif (C/C0 ) dari RhB versus waktu untuk degradasi RhB pada nanorod ZN1, ZN2, ZN3, dan ZnO dan nanosheet NiO di bawah penyinaran sinar UV. b Plot yang sesuai dari ln(Ct /C0 ) versus waktu penyinaran. c Plot konsentrasi relatif (C /C0 ) dari MO versus waktu untuk degradasi MO pada heterostruktur ZnO, NiO, dan ZnO@NiO di bawah iradiasi UV. d Degradasi fotokatalitik berulang dari RhB pada ZN2
Degradasi fotokatalitik pewarna MO di bawah iradiasi sinar ultraviolet juga diperiksa, dan hasilnya ditampilkan pada Gambar 7c. Demikian juga, aktivitas fotokatalitik menurun dalam urutan ZN2 > ZN3 > ZN1 > ZnO nanorods > NiO nanosheets. Dapat disimpulkan bahwa nanokomposit ZnO@NiO menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang lebih unggul dibandingkan nanorod ZnO dan nanosheet NiO. Stabilitas fotokatalitik ZN2 dinilai dengan melakukan degradasi fotokatalitik berulang dari RhB di bawah penerangan sinar ultraviolet. Seperti yang diamati pada Gambar. 7d, hasil degradasi tetap tinggi (~ 95%) di seluruh siklus berulang, dengan sedikit penurunan hingga 90% diamati setelah siklus ketiga. Hasil ini menunjukkan efisiensi fotokatalitik yang tinggi dan penggunaan kembali heterostruktur ZnO@NiO, yang merupakan atribut penting untuk penggunaan praktisnya dalam aplikasi kehidupan nyata dalam menghilangkan polutan organik dari air limbah.
Respons arus foto yang sesuai ditunjukkan pada Gambar. 8a. Beberapa siklus lampu on-off digunakan untuk mempelajari efisiensi pemisahan pembawa muatan. Nanosheet NiO tidak menunjukkan perubahan arus baik dalam kondisi gelap maupun pencahayaan terang, sedangkan nanorod ZnO menunjukkan respons arus foto kecil di bawah iradiasi ultraviolet. Sebaliknya, komposit ZnO@NiO menunjukkan kerapatan arus foto yang lebih tinggi. Dan kerapatan arus foto menurun dalam urutan ZN2 > ZN3 > ZN1 > ZnO nanorods > NiO nanosheets. Respons arus foto yang cepat menyiratkan bahwa pengangkutan muatan dalam sampel sangat cepat. Respons arus foto yang ditingkatkan dari komposit ZnO @ NiO dapat dianggap berasal dari pembentukan kontak antarmuka yang intim antara nanorod ZnO dan nanosheet NiO. Disimpulkan bahwa elektron terfotoeksitasi dalam nanosheet NiO dapat dihasilkan dan ditransfer secara efisien dari CB NiO ke nanorod ZnO tetangga di bawah iradiasi ultraviolet, di mana ZnO berfungsi sebagai penyimpan dan pengangkut elektron yang efisien, sehingga menghambat rekombinasi lubang elektron yang dihasilkan foto. berpasangan. Penting untuk dicatat bahwa arus foto komposit ZnO@NiO awalnya meningkat seiring dengan meningkatnya waktu deposisi NiO dan kemudian menurun seiring dengan semakin bertambahnya waktu deposisi. Ada kemungkinan bahwa luas permukaan kontak antarmuka antara nanorod ZnO dan nanosheet NiO awalnya meningkat dan kemudian menurun seiring dengan meningkatnya waktu deposisi NiO, yang konsisten dengan hasil aktivitas fotokatalitik.
a Respon arus foto nanosheet NiO, nanorod ZnO, dan heterostruktur ZnO@NiO di bawah iradiasi lampu UV (10 W). b Spektrum PL dari nanorod ZnO murni, nanosheet NiO, dan komposit ZnO@NiO
Gambar 8b menampilkan spektrum PL tipikal dari nanorod ZnO murni, nanosheet NiO, dan heterostruktur ZnO@NiO yang diukur dalam kondisi yang sama pada suhu kamar. Untuk nanorod ZnO murni, puncak emisi yang kuat pada 378 nm diamati, yang sesuai dengan emisi ZnO tepi pita dekat. Untuk nanosheet NiO, tidak ada puncak emisi yang teramati. Selanjutnya, intensitas emisi PL komposit ZnO@NiO jelas melemah dibandingkan dengan nanorod ZnO murni, menunjukkan bahwa rekombinasi pasangan elektron-lubang fotogenerasi tertahan. Hasil arus foto dan PL menunjukkan bahwa nanokomposit ZnO@NiO dapat sangat meningkatkan efisiensi pemisahan dan efisiensi transfer muatan antar muka dari pasangan elektron-lubang fotogenerasi.
Aktivitas fotokatalitik yang ditingkatkan dari heterostruktur ZnO@NiO dianggap berasal dari pemisahan dan pengangkutan pembawa yang cepat pada antarmuka heterostruktur ZnO@NiO karena penyelarasan pita tipe II antara ZnO dan NiO. Mekanisme yang diusulkan ini konsisten dengan laporan sebelumnya [8, 10, 22]. Gambar 9 menunjukkan diagram struktur pita energi yang diusulkan dari heterostruktur ZnO@NiO. ZnO adalah semikonduktor tipe-n, sedangkan NiO adalah semikonduktor tipe-p. Heterojungsi p-n terbentuk ketika ZnO dan NiO bergabung, dan medan listrik dalam dihasilkan pada antarmuka antara NiO dan ZnO karena transfer elektron dan lubang. Di bawah penyinaran sinar UV, elektron di VB tereksitasi ke CB, meninggalkan lubang di VB. Penjajaran pita heterojungsi NiO tipe p dan ZnO tipe n bermanfaat untuk mentransfer elektron fotogenerasi dari CB NiO ke CB ZnO, kemudian elektron tersebut dapat bergabung dengan molekul oksigen terlarut dan menghasilkan anion radikal superoksida (• O2
−
), yang memainkan peran penting dalam keseluruhan reaksi fotokatalitik. Sebaliknya, lubang fotogenerasi dapat berpindah dari VB ZnO ke VB NiO, dan lubang mudah terperangkap oleh OH
−
pada permukaan katalis untuk selanjutnya menghasilkan spesies radikal hidroksil (•OH), yang merupakan oksidan yang sangat kuat untuk menguraikan pewarna organik. Oleh karena itu, nanokomposit ZnO@NiO menunjukkan kinerja fotokatalitik yang unggul dibandingkan nanorod ZnO dan nanosheet NiO.
Skema penyelarasan pita energi antara ZnO dan NiO
Kesimpulan
Heterostruktur ZnO@NiO berhasil dibuat dengan metode deposisi elektrokimia sederhana. Aktivitas fotokatalitik nanokomposit ZnO@NiO lebih unggul daripada nanorod ZnO dan nanosheet NiO terhadap degradasi zat warna MO dan RhB di bawah penyinaran sinar UV. Kinerja fotokatalitik yang tinggi dianggap berasal dari efisiensi pemisahan yang tinggi dari pasangan elektron-lubang fotogenerasi dari p-n heterojunction, sebagaimana dikonfirmasi oleh pengukuran respons arus foto. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lebih banyak pembawa bebas dapat dihasilkan dan dipisahkan dalam heterostruktur ZnO@NiO, sehingga menghasilkan efisiensi pemisahan yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan yang dicapai dalam nanorod ZnO dan nanosheet NiO. Selain itu, heterostruktur ZnO@NiO dapat dengan mudah didaur ulang dengan penurunan aktivitas fotokatalitik yang minimal. Efisiensi fotokatalitik yang tinggi dan penggunaan kembali heterostruktur ZnO@NiO, yang memungkinkan pemisahan mudah dari larutan, memiliki aplikasi penting dalam menghilangkan polutan organik dari air limbah.
