Fabrikasi Skema-Z Struktur Hetero Ag3PO4/TiO2 untuk Meningkatkan Aktivitas Fotokatalitik yang Terlihat

Abstrak

Dalam makalah ini, studi sintetik komposit Ag₃ PO₄ /TiO₂ fotokatalis, disintesis dengan metode dua langkah sederhana, dilakukan. Alat karakterisasi tambahan seperti difraksi sinar-X, pemindaian mikroskop elektron, mikroskop elektron transmisi, mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi, spektroskopi sinar-X dispersif energi, spektroskopi fotoelektron sinar-X, dan spektroskopi reflektansi difus UV-vis diadopsi dalam penelitian ini . Hasil penelitian menunjukkan bahwa sangat kristal dan morfologi yang baik dapat diamati. Dalam percobaan kinerja fotokatalitik, TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ menunjukkan aktivitas fotokatalitik terbaik, dan laju degradasi fotokatalitik mencapai hampir 100% setelah penyinaran selama 25 min. Konstanta laju reaksi TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ adalah yang terbesar, yaitu 0,02286 min⁻¹ , dua kali lipat dari Ag₃ PO₄ dan 6,6 kali dari nilai minimum TiO₂ 400. Efek degradasi TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ menunjukkan stabilitas yang baik setelah daur ulang fotokatalis empat kali. Eksperimen perangkap untuk spesies katalitik aktif mengungkapkan bahwa faktor utamanya adalah lubang (h⁺ ) dan anion superoksida (O·− 2), sedangkan radikal hidroksil (·OH) berperan dalam degradasi sebagian. Atas dasar ini, sebuah Z -mekanisme reaksi skema Ag₃ PO₄ /TiO₂ struktur heterogen dikemukakan, dan mekanisme degradasinya dijelaskan.

Latar Belakang

Fotokatalis semikonduktor telah menarik minat yang meningkat karena penggunaannya yang luas dalam degradasi polutan organik dan sel surya [1,2,3,4,5,6]. Sebagai perwakilan dari fotokatalis berbasis semikonduktor, TiO₂ telah diselidiki secara ekstensif karena sifat fisik-kimia yang sangat baik [7, 8]. Namun, TiO murni₂ fotokatalis memiliki kelemahan tertentu dalam aplikasi praktis seperti celah pita lebar (3,2 eV untuk anatase dan 3,0 eV untuk rutil), yang menyebabkan respons yang terlihat buruk.

Senyawa berbasis perak seperti Ag₂ O, AgX (X =Cl, Br, I), Ag₃ PO₄ , Ag₂ CrO₄ , baru-baru ini digunakan untuk aplikasi fotokatalitik [9,10,11,12]. Antara lain, perak ortofosfat (Ag₃ PO₄ ) telah menarik perhatian banyak peneliti karena Ag₃ PO₄ memiliki celah pita 2,45 eV dan penyerapan kuat kurang dari 520 nm. Hasil kuantum Ag₃ PO₄ adalah lebih dari 90%. Ini adalah fotokatalis cahaya tampak yang baik. Namun, karena pembentukan Ag⁰ pada permukaan katalis (4Ag₃ PO₄ + 6H₂ O + 12j⁺ + 12e⁻ → 12Ag⁰ + 4H₃ PO₄ + 3O₂ ) selama reaksi fotokatalitik, penggunaan kembali Ag₃ PO₄ merupakan masalah utama. Oleh karena itu, ini adalah praktik umum untuk mengurangi korosi fotokatalitik Ag₃ PO₄ dan memastikan aktivitas katalitik yang baik dari Ag₃ PO₄ . Berdasarkan literatur yang didahulukan, diketahui bahwa peracikan dapat secara efektif meningkatkan kinerja fotokatalitik kedua bahan semikonduktor. Setelah peracikan, efek pemisahan elektron dan lubang fotogenerasi diperkuat, berkontribusi untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitik bahan komposit. Banyak peneliti telah menyelidiki heterojungsi seperti Bi₂ O₃ -Bi₂ WO₆ , TiO₂ /Bi₂ WO₆ , ZnO/CdSe, dan Ag₃ PO₄ /TiO₂ [2, 13,14,15]. Dibandingkan dengan fotokatalis fase tunggal, fotokatalis heterojungsi dapat memperluas jangkauan respons cahaya dengan menggabungkan bahan struktur elektronik yang cocok. Dan karena efek sinergis antar komponen, muatan dapat ditransfer melalui banyak cara untuk lebih meningkatkan aktivitas fotokatalitik heterojungsi.

Berdasarkan analisis di atas, Ag₃ PO₄ komposit semikonduktor berbasis dengan efek peningkatan sinergis dirancang untuk meningkatkan cacat rekombinasi pembawa dan Ag₃ PO₄ kinerja katalitik komposit semikonduktor berbasis. Dalam makalah ini, TiO berukuran nano₂ disiapkan dengan metode solvotermal, dan kemudian nanopartikel TiO₂ 400 diendapkan pada permukaan Ag₃ PO₄ pada suhu kamar untuk mendapatkan TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit. Aktivitas fotokatalitik TiO₂ /Ag₃ PO₄ komposit diuji menggunakan pewarna RhB (rhodamin B).

Metode

Preparasi Hidrotermal TiO berukuran Nano₂

0,4 g P123 ditambahkan ke larutan campuran yang mengandung 7,6 mL etanol absolut dan 0,5 mL air deionisasi dan diaduk sampai P123 benar-benar larut. Solusi yang diklarifikasi diberi label sebagai solusi A. Kemudian larutan campuran yang mengandung 2,5 mL butil titanat (TBOT) dan 1,4 mL asam klorida pekat (12 mol/L) disiapkan dan diberi label sebagai larutan B. Larutan B ditambahkan ke larutan A setetes demi setetes. Setelah diaduk selama 30 menit, 32 mL etilen glikol (EG) ditambahkan ke dalam larutan dan diaduk selama 30 menit. Kemudian, larutan tersebut dimasukkan ke dalam oven, pada suhu 140 °C, suhu tinggi, dan tekanan tinggi selama 24 jam. Pendinginan alami, pencucian sentrifugal, pemisahan, pengumpulan sedimen, dan pengeringan pada oven 80 °C selama 8 h. Presipitasi putih dikalsinasi dalam tungku peredam pada suhu yang berbeda (300 °C, 400 °C, 500 °C) dan ditandai sebagai TiO₂ siaga. 300, TiO₂ 400, dan TiO₂ 500, masing-masing.

Persiapan TiO₂ /Ag₃ PO₄ Fotokatalis

0,1 g TiO₂ bubuk ditambahkan ke dalam 30 mL larutan perak nitrat yang mengandung 0,612 g AgNO₃ dan kemudian dirawat dengan ultrasound selama 30 min untuk membuat TiO₂ tersebar secara seragam. Kami menambahkan larutan 30 mL yang mengandung 0,43 g Na₂ HPO₄ .12H₂ O dan diaduk selama 120 menit pada suhu kamar. Dengan sentrifugasi, pembersihan dengan air deionisasi dan etanol anhidrat, endapan dipisahkan, dikumpulkan, dan dikeringkan pada suhu 60°C. Produk tersebut diberi nama sebagai TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO_4, dan TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ , masing-masing. Ag₃ PO₄ disiapkan tanpa menambahkan TiO₂ dalam kondisi yang sama seperti proses di atas.

Karakterisasi

Pola difraksi sinar-X (XRD) dari sampel yang dihasilkan dilakukan pada difraktometer sinar-X D/MaxRB (Jepang), yang memiliki 35 kV Cu-Ka dengan laju pemindaian 0,02° s⁻¹ , mulai dari 10 hingga 80 °. Scanning electron microscopy (SEM), JEOL, JSM-6510, dan JSM-2100 transmission electron microscopy (TEM) assembly dengan energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) digunakan untuk mempelajari morfologinya pada tegangan percepatan 10 kV. Informasi spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dikumpulkan dengan menggunakan spektrometer elektron ESCALAB 250 di bawah radiasi Cu Kα 300-W. Tekanan dasarnya sekitar 3 × 10⁻⁹ mbar, Gabungkan untuk merujuk ke garis C1s pada karbon amorf 284.6 eV.

Pengukuran Aktivitas Fotokatalitik

Kinerja fotokatalitik TiO₂ /Ag₃ PO₄ katalis diuji dengan menggunakan fotodegradasi RhB dalam larutan berair sebagai objek penelitian. Lima puluh miligram fotokatalis dicampur dengan 50 mL larutan berair RhB (10 mg L⁻¹ ) dan diaduk dalam kegelapan selama waktu tertentu sebelum penerangan untuk memastikan keseimbangan adsorpsi. Dalam proses reaksi, air pendingin digunakan untuk menjaga suhu sistem tetap konstan pada suhu kamar. Lampu Xenon 1000-W memberikan penerangan untuk mensimulasikan cahaya tampak. Spektrofotometer UV/Vis LAMBDA35 digunakan untuk mengkarakterisasi konsentrasi (C ) perubahan larutan RhB pada λ =553 nm. Tingkat penghilangan warna ditunjukkan sebagai fungsi waktu vs C _t /C ₀ . Dimana C ₀ adalah konsentrasi sebelum iluminasi, dan C _t adalah konsentrasi setelah iluminasi. Katalis yang digunakan dikumpulkan kembali untuk mendeteksi stabilitas siklus katalis. Eksperimen ini diulang empat kali.

Hasil dan Diskusi

Analisis XRD digunakan untuk mengetahui struktur fasa dan jenis kristal katalis. Spektrum XRD dari katalis yang disiapkan ditunjukkan pada Gambar. 1, termasuk TiO₂ 400, Ag₃ PO₄ , TiO₂ /Ag₃ PO₄ , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , dan TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ . Dari gambar tersebut dapat diperoleh bahwa struktur kristal TiO₂ 400 adalah anatase (JCPDS No. 71-1166). Dalam spektrum XRD Ag₃ PO₄ , puncak difraksi yang terletak pada 20,9°, 29,7°, 33,3°, 36,6°, 47,9°, 52,7°, 55,1°, 57,4°, 61,7°, dan 72,0° termasuk dalam karakteristik puncak (110), (200), (210), (211), (310), (222), (320), (321), (400), dan (421) bidang Ag₃ PO₄ (JCPDS No. 70-0702), masing-masing. Fotokatalis komposit yang disintesis menunjukkan puncak karakteristik yang konsisten dengan TiO₂ dan Ag₃ PO₄ , dan puncak karakteristik TiO₂ adalah 25,3° pada komposit TiO₂ , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ , yang konsisten dengan suhu kalsinasi TiO₂ naik, kristalinitas TiO₂ menjadi lebih tinggi.

Pola XRD dari sampel yang telah disiapkan

Gambar 2 menunjukkan diagram SEM, TEM, dan EDX dari katalis TiO₂ 400, Ag₃ PO₄ , dan TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . Gambar 2a adalah struktur nano sferis TiO₂ 400 disiapkan dengan metode solvotermal dengan diameter mulai dari 100 hingga 300 nm. Gambar 2b adalah Ag₃ PO₄ kristal dengan struktur heksahedral beraturan. Ukuran partikelnya berkisar antara 0,1 hingga 1,5 μm dan memiliki permukaan yang cukup halus. Gambar 2c adalah gambar SEM dari komposit TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . Terlihat bahwa nanopartikel TiO₂ 400 diendapkan pada permukaan Ag₃ PO₄ . Morfologi TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ dieksplorasi lebih lanjut dengan TEM dan diagram TEM dari TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ ditampilkan pada Gambar. 2d. Dapat diamati bahwa TiO2 berukuran nano 200 nm₂ partikel menempel pada permukaan Ag₃ PO₄ . Gambar 2e adalah HRTEM dari TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . Dapat ditemukan bahwa TiO₂ partikel terikat erat dengan Ag₃ PO₄ , dan spasi kisi TiO₂ 400 dan Ag₃ PO₄ berturut-turut adalah 0,3516 dan 0,245 nm, sesuai dengan (101) dan (211) permukaan TiO₂ dan Ag₃ PO₄ . Gambar 2f adalah diagram EDX dari TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . Dapat dilihat bahwa sampel terdiri dari empat elemen:Ti, O, Ag, dan P. Puncak difraksi yang jelas dari elemen tembaga dihasilkan oleh sumber eksitasi EDX, Cu Ka. EDX mengkonfirmasi unsur kimia yang sesuai dari TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . Kesimpulannya, dapat dinilai dengan jelas bahwa TiO₂ dimuat di permukaan Ag₃ PO₄ kristal dalam bentuk granular dan memiliki morfologi hexahedron yang baik.

Gambar SEM dari fotokatalis yang disiapkan:a TiO₂ 400, b Ag₃ PO₄ , c TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , d Gambar TEM dari TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , e Gambar HRTEM dari TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , dan f pola EDX yang sesuai dari TiO₂ 400/Ag₃ PO₄

Spektroskopi fotoelektron sinar-X produk (XPS) diselidiki pada Gambar. 3. Gambar 3a adalah spektrum survei XPS produk. Ti, O, Ag, P, dan C lima elemen dapat diamati pada grafik, di mana C adalah basa, menyiratkan bahwa komposit hidup berdampingan dengan TiO₂ dan Ag₃ PO₄ . Gambar 3b adalah spektrum resolusi tinggi dari Ag 3d. Dua puncak utama berpusat pada energi ikat 366,26 eV dan 372,29 eV, masing-masing ditetapkan ke Ag 3d5/2 dan Ag 3d3/2. Ini menunjukkan bahwa Ag sebagian besar adalah Ag⁺ dalam fotokatalis TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ [16]. Gambar 3c menunjukkan puncak XPS dari P 2p, yang sesuai dengan P⁵⁺ di PO₄ ³⁺ struktur pada 131,62 eV. Dua puncak yang terletak di 457,43 eV dan 464,58 eV dapat dikaitkan dengan Ti 2p3/2 dan Ti 2p1/2 dalam spektrum XPS orbital Ti 2p (Gbr. 3d). Gambar 3e adalah XPS dari O 1s. Seluruh puncak dapat dibagi menjadi tiga puncak karakteristik, 528.9 eV, 530.2 eV, dan 532.1 eV. Puncak pada 528.9 eV dan 530.2 eV dianggap berasal dari oksigen dalam Ag₃ PO₄ dan TiO₂ kisi, masing-masing. Puncak pada 532.1 eV menunjukkan hidroksil atau oksigen yang teradsorpsi pada permukaan TiO₂ /Ag₃ PO₄ . Hasil analisis XPS lebih lanjut membuktikan bahwa Ag₃ PO₄ dan TiO₂ telah diperparah.

Spektrum XPS TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ :a pemindaian survei, b Ag 3d, c P 2p, d Ti 2p, dan e O1

Spektrum serapan reflektansi difus UV-Vis dari katalis TiO₂ 400, Ag₃ PO₄ , dan TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ ditunjukkan pada Gambar. 4a. Dari gambar dapat dilihat bahwa panjang gelombang cutoff serapan optik TiO₂ 400 dan Ag₃ PO₄ masing-masing adalah 400 dan 500 nm. Kapan Ag₃ PO₄ dimuat di TiO₂ 400, rentang penyerapan cahaya komposit jelas melebar hingga 500–700 nm, menunjukkan bahwa ada interaksi antara Ag₃ PO₄ dan TiO₂ 400 dalam sistem komposit TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , dan mekanismenya perlu dipelajari lebih lanjut. Bandwidth Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400, dan TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ katalis dihitung dengan rumus Kubelka-Munk [17]:

$$ A\mathrm{hv}=c{\left(\mathrm{hv}-\mathrm{Eg}\right)}^n $$

TiO₂ 400, Ag₃ PO₄ , dan TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ katalis:a UV-Vis DRS, b plot dari (α hv)^1/2 versus energi (hv)

dimana A , hv, c , dan Eg masing-masing adalah koefisien absorpsi, energi foton datang, konstanta absorpsi, dan energi celah pita. Nilai n untuk semikonduktor langsung adalah 1/2, dan untuk semikonduktor tidak langsung adalah 2. Anatase TiO₂ dan Ag₃ PO₄ adalah semikonduktor tidak langsung, jadi n membutuhkan 2.

Plot yang menggambarkan (α hv)^1/2 versus energi foton insiden (hv) dari Gambar. 4b menunjukkan diagram energi celah pita (Misalnya) dari Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400, dan TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ katalis masing-masing adalah 2.45 eV, 3.1 eV, dan 2.75 eV. Hal ini semakin membuktikan bahwa TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ adalah fotokatalis cahaya tampak yang baik dengan lebar celah pita yang sesuai dan kemampuan menangkap cahaya tampak.

Degradasi fotokatalitik RhB oleh TiO₂ 400, Ag₃ PO₄ , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , dan TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ diselidiki pada Gambar. 5a. Hasil penelitian menunjukkan bahwa TiO murni₂ 400 memiliki efek fotokatalitik terburuk, dan laju degradasi fotokatalitik hanya 30% dalam 25 min. Efisiensi degradasi fotokatalitik Ag murni₃ PO₄ adalah 69% setelah 25 menit penyinaran. Laju degradasi fotokatalitik TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ mencapai 40% setelah 25 min. Laju degradasi fotokatalitik TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ adalah 80% setelah 25 menit penyinaran. Aktivitas fotokatalitik terbaik adalah TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , dan 100% RhB terurai setelah 25 menit pencahayaan.

a Efek katalis yang berbeda pada degradasi fotokatalitik RhB di bawah cahaya tampak. b Plot pemasangan kinetik orde pertama dari degradasi fotokatalitik RhB dengan katalis yang berbeda. c Lari bersepeda TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . d Eksperimen menjebak spesies aktif

Gambar 5b mempelajari model kinetika degradasi fotokatalitik RhB. Dari gambar, fotodegradasi RhB mengikuti kinetika orde satu semu dan konstanta laju reaksi (k ) dihitung dengan kemiringan kurva pas. Konstanta laju reaksi (k ) nilai masing-masing sampel ditunjukkan pada Tabel 1. Konstanta laju reaksi TiO₂ 400, Ag₃ PO₄ , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , dan TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ adalah 0,00345 min⁻¹ , 0,01148 min⁻¹ , 0,00525 min⁻¹ , 0,02286 min⁻¹ , dan 0,01513 menit⁻¹ , masing-masing. Contoh TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ memiliki konstanta laju reaksi terbesar, yaitu 0,02286 min⁻¹ , dua kali lipat dari Ag₃ PO₄ dan 6,6 kali dari nilai minimum TiO₂ 400. Hal ini menunjukkan bahwa kombinasi Ag₃ PO₄ dan TiO₂ dapat berkontribusi besar pada peningkatan Ag₃ PO₄ aktivitas fotokatalitik.

Gambar 5c adalah hasil uji stabilitas empat kali degradasi larutan RhB dengan mendaur ulang TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . Efek degradasi TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ menunjukkan stabilitas yang baik dalam empat kali daur ulang, dan pada percobaan siklus keempat, efek degradasi TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ sedikit lebih tinggi dibandingkan siklus ketiga. Hal ini mungkin disebabkan oleh terbentuknya material komposit antara Ag₃ PO₄ dan TiO₂ untuk mempercepat transfer pasangan elektron-lubang fotogenerasi dan pembentukan in situ sejumlah kecil Ag dalam Ag₃ PO₄ selama fotokatalisis untuk menghambat korosi foto lebih lanjut.

Hasil TiO₂ /Ag₃ PO₄ faktor penangkapan ditunjukkan pada Gambar. 5d. Setelah penambahan trapping agent IPA, aktivitas degradasi menurun sebagian. Ketika BQ dan TEOA ditambahkan, tingkat degradasi RhB menurun secara signifikan, bahkan mendekati 0. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa faktor utamanya adalah lubang (h⁺ ) dan anion superoksida (O·− 2), sedangkan radikal hidroksil (·OH) berperan dalam degradasi sebagian.

Mekanisme degradasi fotokatalitik skema Z yang mungkin diusulkan dalam Skema 1 untuk menghilangkan degradasi fotokatalitik RhB oleh TiO₂ /Ag₃ PO₄ berdasarkan percobaan penangkapan radikal bebas dan fotodegradasi. Celah pita Ag₃ PO₄ adalah 2,45 eV, dan E _CB dan E _VB potensial adalah ca.0.45 eV dan 2.9 eV (vs. NHE) [18], masing-masing. Seperti yang ditunjukkan pada Skema 1, di bawah penyinaran cahaya tampak, Ag₃ PO₄ dirangsang oleh foton dengan energi yang lebih besar dari celah pitanya untuk menghasilkan pasangan elektron-lubang fotogenerasi. Lubang yang tersisa di pita valensi Ag₃ PO₄ bermigrasi ke pita valensi TiO₂ dan kemudian langsung berpartisipasi dalam proses oksidasi dan dekomposisi RhB, yang teradsorpsi pada permukaan TiO₂ . Pada saat yang sama, selama migrasi lubang fotogenerasi, H₂ O dan OH⁻ teradsorpsi pada permukaan komposit juga dapat dioksidasi untuk membentuk ·OH, dan ·OH yang sangat pengoksidasi lebih lanjut dapat mengoksidasi dan menurunkan polutan. Hal ini terutama disebabkan oleh energi lubang di pita valensi Ag₃ PO₄ yaitu 2,9 eV, lebih tinggi dari energi potensial reaksi OH⁻ /OH (E(OH⁻ /OH) = 1,99 eV (vs. NHE)). Namun, potensi konduksi Ag₃ PO₄ adalah 0,45 eV, energi elektron fotogenerasi adalah 0,45 eV, dan energi aktivasi elektron tunggal oksigen adalah E(O₂ /O·− 2) = 0.13 eV (vs. NHE). Elektron yang dihasilkan foto pada Ag₃ PO₄ pita konduksi tidak dapat ditangkap oleh oksigen terlarut. Dengan akumulasi elektron fotogenerasi pada Ag₃ PO₄ pita konduktif, sejumlah kecil nanopartikel Ag telah terbentuk karena korosi fotokatalitik Ag₃ PO₄ fotokatalis. Nanopartikel Ag yang terbentuk juga dapat dirangsang oleh energi cahaya untuk membentuk pasangan elektron-lubang fotogenerasi. Kemudian elektron bermigrasi ke pita konduksi TiO₂ , sedangkan lubang yang tertinggal pada nanopartikel Ag dapat diperparah dengan elektron fotogenerasi yang dihasilkan pada pita konduksi Ag₃ PO₄ , sehingga mencegah korosi lebih lanjut pada Ag₃ PO₄ fotokatalis. Karena pita terlarang TiO₂ adalah 3.1 eV, tidak dapat dieksitasi di bawah cahaya tampak dan E _CB dan E _VB adalah ca. 0.24 eV dan 2.86 eV (vs. NHE), masing-masing. Elektron disuntikkan ke TiO₂ pita konduksi dapat mendegradasi polutan melalui perangkap oksigen yang teradsorpsi ke TiO₂ permukaan. Ini terutama karena E _CB = − 0.24 eV (vs. NHE) yang lebih negatif dari E(O₂ /O·- 2) = 0.13 eV (vs. NHE). Hasil tersebut sesuai dengan percobaan trapping. Faktor utamanya adalah lubang (h⁺ ) dan anion superoksida (O·- 2), sedangkan radikal hidroksil (·OH) berperan dalam degradasi sebagian.

Ilustrasi skema mekanisme fotokatalitik TiO₂ /Ag₃ PO₄

Berdasarkan pembahasan di atas, reaksi degradasi TiO₂ /Ag₃ PO₄ dinyatakan dengan persamaan kimia sebagai berikut:

Generasi pasangan lubang fotoelektron:

$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4+\mathrm{hv}\to {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}} _4\left({\mathrm{e}}^{-}\right)+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm{h}} ^{+}\kanan) $$$$ {\mathrm{Ag}}^{+}+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm {e}}^{-}\right)\to \mathrm{Ag}+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4 $$$$ \mathrm{Ag}+ \mathrm{hv}\to \mathrm{Ag}\left({\mathrm{e}}^{-}\right)+\mathrm{Ag}\left({\mathrm{h}}^{+}\ kanan) $$

Migrasi dan transformasi pasangan elektron lubang fotogenerasi:

$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm{h}}^{+}\kanan)+\mathrm{Ti}{\mathrm{ O}}_2\ke \mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\left({\mathrm{h}}^{+}\kanan)+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P} {\mathrm{O}}_4 $$$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm{e}}^{-}\kanan) +\mathrm{Ag}\left({\mathrm{h}}^{+}\right)\to \mathrm{Ag}+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O} }_4 $$$$ \mathrm{Ag}\left({\mathrm{e}}^{-}\right)+\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{Ti}{ \mathrm{O}}_2\left({\mathrm{e}}^{-}\right)+\mathrm{Ag} $$$$ \mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\left( {\mathrm{e}}^{-}\right)+{\mathrm{O}}_2\to {\mathrm{O}}_2^{\cdotp -}+\mathrm{Ti}{\mathrm{O }}_2 $$$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm{h}}^{+}\right)+0{\mathrm {H}}^{-}\to \mathrm{OH}\cdotp +{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4 $$

Degradasi polutan:

$$ \mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\left({\mathrm{h}}^{+}\right)+\mathrm{RhB}\to \mathrm{Degradasi}\ \mathrm{produk }+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O} $$$$ {\mathrm{O}}_2^{\cdotp -}+\mathrm{RhB}\to \mathrm{Degradasi}\ \mathrm{product}+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O} $$$$ \mathrm{OH}\cdotp +\mathrm{RhB }\to \mathrm{Degradasi}\ \mathrm{product}+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O}+{\mathrm{Cl}}^{-} $ $

Kesimpulan

Singkatnya, penyelidikan komprehensif dari komposit Ag₃ PO₄ /TiO₂ fotokatalis, disiapkan dengan metode dua langkah sederhana disajikan. Alat karakterisasi pelengkap seperti difraksi sinar-X (XRD), pemindaian mikroskop elektron (SEM), mikroskop elektron transmisi (TEM), mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HR-TEM), spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDX), X -ray photoelectron spectroscopy (XPS), dan UV-vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS) digunakan dalam penelitian ini. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit Ag₃ PO₄ /TiO₂ fotokatalis sangat kristal dan memiliki morfologi yang baik. Untuk Ag₃ PO₄ /TiO₂ degradasi RhB, TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ menunjukkan aktivitas fotokatalitik tertinggi. Setelah 25 min reaksi, tingkat degradasi fotokatalitik mencapai hampir 100%. Konstanta laju reaksi TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ adalah 0,02286 min⁻¹ , yang dua kali lipat dari Ag₃ PO₄ dan 6,6 kali dari nilai minimum TiO₂ 400. TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ juga menunjukkan stabilitas yang baik setelah daur ulang empat kali. Spesies katalitik aktif utama adalah lubang (h⁺ ) dan anion superoksida (O·− 2), sedangkan radikal hidroksil (·OH) memainkan sebagian degradasi dari percobaan trapping. Selain itu, mekanisme reaksi skema-Z dari Ag₃ PO₄ /TiO₂ struktur heterogen diusulkan untuk menjelaskan mekanisme degradasi RhB. Akumulasi elektron fotogenerasi pada Ag₃ PO₄ pita konduktif menyebabkan fotoetsa Ag₃ PO₄ fotokatalis untuk membentuk sejumlah kecil nanopartikel Ag, akibatnya, mempercepat transfer elektron fotogenerasi dalam Ag₃ PO₄ pita konduksi, sehingga mencegah Ag₃ further lebih lanjut PO₄ korosi fotokatalis.

Ketersediaan Data dan Materi

Penulis menyatakan bahwa materi dan tanggal segera tersedia untuk pembaca tanpa kualifikasi yang tidak semestinya dalam perjanjian transfer materi. Semua data yang dihasilkan dalam penelitian ini disertakan dalam artikel ini.