Sintesis dan Degradasi Fotokatalitik yang Ditingkatkan Rhodamine B oleh Heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnO Whisker

Abstrak

Heterostruktur Ag₃PO₄/tetrapod-like ZnO whisker (T-ZnOw) disiapkan melalui metode presipitasi sederhana. Heterostruktur yang diperoleh dikarakterisasi dengan difraksi X-ray, mikroskop elektron pemindai, mikroskop transmisi elektron, mikroskop transmisi elektron resolusi tinggi, spektroskopi fotoelektron X-ray, dan spektroskopi UV-Vis reflectansi difusi. Aktivitas fotodegradasi Ag₃PO₄/T-ZnOw dievaluasi dengan degradasi Rhodamine B (RhB) di bawah iradiasi cahaya visibel. Ketika rasio molar Ag₃PO₄ terhadap T-ZnOw adalah 10% (Ag₃PO₄/T-ZnOw-2), efisiensi degradasi tertinggi (92,9%) dapat dicapai di antara heterostruktur. Konstanta laju fotodegradasi Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 (0,05179 min⁻¹) adalah 3,59 kali dari T-ZnOw (0,01444 min⁻¹). Selain itu, fotokatalis Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 masih memiliki efisiensi degradasi 77,8% setelah empat siklus berturut-turut. Katalis Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 memiliki aktivitas fotokatalitik yang jauh lebih tinggi dibandingkan T-ZnOw murni dan stabilitas serta daya gunakan ulang yang lebih baik dibandingkan Ag₃PO₄ murni. Efek berbagai penangkap radikal terhadap efisiensi degradasi diteliti, dan mekanisme fotokatalitik yang mungkin dari fotokatalis Ag₃PO₄/T-ZnOw juga diusulkan.

Pendahuluan

Polusi air limbah pewarna dari industri tekstil telah menjadi masalah lingkungan besar selama beberapa dekade terakhir karena tidak terurai secara biologis dan potensi karsinogenik. Saat ini, peneliti telah mengeksplorasi berbagai teknik untuk menangani polutan dalam air limbah. Teknologi fotokatalisis semiconductor dianggap sebagai cara yang efektif untuk pemurnian air yang tercemar [1,2,3,4,5,6]. Oksida seng (ZnO), bahan fotokatalitik yang ramah lingkungan, telah diteliti secara luas karena fitur biaya rendah, kontrolabilitas tinggi, dan stabilitas termal serta kimiawi [7,8,9,10,11]. Sayangnya, jarak band lebar (3,37 eV) ZnO membatasi aplikasi praktis skala besar dalam cahaya visibel [12]. Selain itu, laju pemisahan yang rendah pasangan elektron-lubang yang dihasilkan cahaya juga membatasi kinerja fotokatalitik ZnO. Untuk modifikasi fotokatalis ZnO, strategi yang efektif adalah menggeser pita penyerapan dari ultraviolet ke rentang cahaya visibel, yang memungkinkan penyerapan lebih banyak energi dari iradiasi matahari dan meningkatkan pemanfaatan cahaya matahari [13]. Umumnya diketahui bahwa menggabungkan ZnO dengan semiconductor jarak band sempit dapat menjadi cara yang efektif untuk menyerap lebih banyak energi dari iradiasi matahari dan meningkatkan aktivitas fotokatalitik. Selain itu, pembentukan heterostruktur dengan jarak energi yang cocok juga dapat meningkatkan pemisahan penangkap carica dalam fotokatalis. Misalnya, AgBr/ZnO [14], ZnO/BiOI [15], ZnO/AgI [16], Ag₃VO₄/ZnO [17], Ag₂CO₃/ZnO [18], Ag₂O/ZnO [19], dan BiVO₄/ZnO [20] telah dilaporkan.

Baru-baru ini, fosfat perak (Ag₃PO₄) telah menarik perhatian besar sebagai bahan pengikat yang promising karena jarak band sempit (sekitar 2,4 eV) [21], yang menunjukkan efisiensi fotodegradasi tinggi dari polutan organik dalam larutan air di bawah cahaya visibel [22,23,24,25]. Namun, Ag₃PO₄ dapat direduksi menjadi Ag⁰ selama proses fotokatalitik karena fotokorosi dari elektron yang dihasilkan cahaya di bawah iradiasi cahaya visibel, yang dapat menurunkan stabilitas struktural dan daya guna ulang, dan sangat membatasi aplikasi jangka panjang untuk pengolahan air [23, 26,27,28]. Selain itu, penggunaan sejumlah besar bahan mengandung perak yang mahal dalam sistem fotokatalitik secara kuat meningkatkan biaya operasional. Seperti yang dilaporkan sebelumnya, stabilitas Ag₃PO₄ dapat ditingkatkan dengan pembuatan komposit atas bahan pendukung dengan struktur elektron yang cocok dan komposit menunjukkan kinerja fotokatalitik yang baik pada saat yang sama [27, 29,30,31].

Dalam karya ini, kami menempatkan partikel Ag₃PO₄ pada permukaan T-ZnOw dengan metode depo position in situ yang mudah pada suhu ruang. Dalam komposit Ag₃PO₄/T-ZnOw, T-ZnOw berfungsi sebagai substrat, yang memiliki bentuk dan struktur unik, densitas cacat asli yang rendah, dan luas permukaan spesifik yang besar [32,33,34,35]. Aktivitas fotokatalitik komposit Ag₃PO₄/T-ZnOw diteliti dengan mengurai RhB di bawah iradiasi cahaya visibel, dan stabilitas juga ditentukan. Selain itu, mekanisme fotokatalitik yang mungkin juga dibahas secara rinci.

Metode

Bahan

T-ZnOw diperoleh dari Chengdu Crystrealm Co. Ltd. (Chengdu, China). Nitrat perak (AgNO₃, > 99,8%) dibeli dari Tianjin Fengchuan Chemical Reagent Co. Ltd. (Tianjin, China). Fosfat natrium dibasik dodekahidrat (Na₂HPO₄·12H₂O, 99,0%) dan benzoquinon (BQ) dibeli dari Aladdin Reagents Company (Shanghai, China). RhB disediakan oleh Macklin Biochemical Company (Shanghai, China). Alkohol isopropil (IPA) diperoleh dari Tianjin Kemiou Chemical Co. Ltd. (Tianjin, China). Asam etilendiaminotetraasetat disodium (EDTA-2Na) dibeli dari Tianjin Shentai Chemical Industry Co. Ltd. (Tianjin, China). Etanol mutlak diperoleh dari Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Shanghai, China). Air deion dengan resistivitas 18,2 MΩ cm digunakan dalam semua kasus dari sistem pemurnian air ULUPURE (Chengdu, China).

Persiapan Fotokatalis

Metode presipitasi in situ digunakan untuk menyiapkan komposit Ag₃PO₄/T-ZnOw, dan rasio molar Ag₃PO₄ terhadap T-ZnOw adalah 5%, 10%, dan 15%, masing-masing. Produk ditandai sebagai Ag₃PO₄/T-ZnOw-1, Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, dan Ag₃PO₄/T-ZnOw-3, masing-masing. Misalnya, untuk sampel Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, 0,1 g T-ZnOw dan 0,0440 g Na₂HPO₄·12H₂O dispersi dalam 100 mL air deion oleh ultrasonik dan kemudian diaduk magnet. Kemudian, 0,0626 g AgNO₃ yang dilarutkan dalam 50 mL air deion ditambahkan perlahan ke dalam suspensi di atas dengan serin yang dipasang pada pompa injeksi di bawah pengadukan magnet. Selanjutnya, sistem reaksi dipertahankan di bawah pengadukan selama 3 jam. Presipitasi Ag₃PO₄/T-ZnOw dikumpulkan oleh sentrifugal, dicuci dengan baik dengan air deion dan etanol mutlak, dan kemudian dioven pada 60 °C. Untuk perbandingan, Ag₃PO₄ murni disiapkan sesuai dengan proses yang sama tanpa kehadiran T-ZnOw.

Karakterisasi

Pengukuran difraksi X-ray (XRD) dilakukan pada difraktometer Rigaku SmartLab menggunakan radiasi Cu K-α dengan laju pemindaian 10°/min. Morfologi komposit diteliti dengan mikroskop elektron pemindai (SEM, JSM-7200F, JEOL, Jepang). Spektroskopi X-ray dispersif energi (EDS) yang terpasang pada instrumen SEM digunakan untuk menentukan komposisi kimia produk. Citra mikroskop transmisi elektron (TEM) dan mikroskop transmisi elektron resolusi tinggi (HRTEM) diperoleh dengan mikroskop transmisi elektron JEM-2100F. Pengukuran spektroskopi fotoelektron X-ray (XPS) direkam pada Thermo ESCALAB 250XI, dan energi ikatan (BE) dikalibrasi terhadap puncak C1s pada 284,6 eV. Spektra reflectansi difusi UV-Vis (DRS) diperoleh dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis-NIR (Cary5000, Agilent Technologies, USA) dengan politetrafluoroetilena sebagai referensi. Spektra emisi fotoluminesensi (PL) sampel diukur dengan spektrofotometer fluoresensi F-7000 (Hitachi, Jepang) dengan panjang gelombang eksitasi 355 nm.

Eksperimen Fotokatalisis

Eksperimen fotokatalisis diuji melalui fotodegradasi RhB di bawah cahaya visibel. Eksperimen dilakukan dalam beaker kaca berjaket 250 mL dengan air pendingin untuk menjaga suhu sistem tetap konstan pada suhu ruang. Lampu Xenon 300-W dengan filter pemotong 420 nm menyediakan cahaya visibel. 40 mg komposit Ag₃PO₄/T-ZnOw ditambahkan ke dalam 100 mL larutan RhB 10 mg/L. Sebelum lampu Xenon dinyalakan, suspensi diaduk dalam kegelapan selama 30 menit untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi-desorpsi. Jarak antara sumber cahaya dan permukaan suspensi adalah 15 cm. Setiap 10 menit, 3 mL suspensi diambil dan diasingkan untuk mendapatkan cairan jernih kemudian dianalisis pada spektrofotometer UV-Vis TU-1901 (Puxi, China) pada 554 nm. Efisiensi degradasi fotokatalitik dihitung dengan rumus berikut:

$$ \eta =\left(1-C/{C}_0\right)\times 100\% $$

dimana C₀ adalah konsentrasi awal RhB dan C adalah konsentrasi RhB setelah iluminasi pada waktu t, yang bervariasi dengan waktu reaksi.

Hasil dan Pembahasan

Gambar 1 menampilkan pola XRD komposit Ag₃PO₄/T-ZnOw dengan rasio molar Ag₃PO₄ yang berbeda, bersama dengan pola T-ZnOw dan Ag₃PO₄. Pola menunjukkan bahwa T-ZnOw konsisten dengan pola standar ZnO fase wurtzite heksagonal (JCPDS no. 36-1451) (Gambar 1(a)), sementara Ag₃PO₄ adalah kristal fase kubik (JCPDS no. 06-0505) (Gambar 1(e)). Komposit Ag₃PO₄/T-ZnOw (Gambar 1(b)–(d)) menunjukkan koeksistensi baik Ag₃PO₄ maupun T-ZnOw. Seiring dengan peningkatan rasio molar Ag₃PO₄, intensitas puncak Ag₃PO₄ meningkat secara signifikan, sementara yang T-ZnOw menurun secara bersamaan. Puncak komposit Ag₃PO₄/T-ZnOw jelas terkait dengan T-ZnOw dan Ag₃PO₄, dan tidak ada fase kristal baru yang ditemukan, menunjukkan bahwa pemuatan Ag₃PO₄ tidak mengubah fase kristal T-ZnOw. Hasil ini mengungkapkan bahwa partikel Ag₃PO₄ berhasil ditetapkan pada permukaan T-ZnOw, dan heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw diperoleh.

Gambar 2 menunjukkan citra SEM T-ZnOw, Ag₃PO₄, dan heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw, bersama dengan citra TEM dan citra HRTEM dari Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. T-ZnOw dengan permukaan cukup halus memiliki empat kaki yang tumbuh dari inti umum dan menjalar ke ruang sekitar. Perpanjangan ini memfasilitasi rangkaian yang baik dengan kekuatan mekanis dengan menghubungkan kaki satu sama lain. Ag₃PO₄ murni menunjukkan bentuk bola tidak teratur dengan diameter 150–500 nm. Ukuran T-ZnOw pada skala mikron, sementara ukuran Ag₃PO₄ pada skala nano. Gambar 2c–e menampilkan citra SEM heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw. Dapat ditemukan bahwa partikel Ag₃PO₄ berukuran nano ditetapkan pada kerangka dukungan tiga dimensi (3D) T-ZnOw. Jumlah dan ukuran partikel Ag₃PO₄ meningkat seiring dengan peningkatan rasio mol Ag₃PO₄. Ketika rasio molar Ag₃PO₄ adalah 10%, diameter rata-rata partikel Ag₃PO₄ sekitar 150 nm, sementara penambahan lebih banyak Ag₃PO₄ mengakibatkan aglomerasi partikel Ag₃PO₄ pada permukaan T-ZnOw (Gambar 2e). Gambar 2f adalah citra TEM antarmuka kontak Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. Partikel Ag₃PO₄ berukuran nano terpasang pada permukaan T-ZnOw dengan kontak yang baik. Sisipan menunjukkan citra HRTEM dari wilayah persegi panjang Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, dan jarak latice 0,240 nm sesuai dengan bidang kristal (211) Ag₃PO₄. Sisipan Gambar 2d menunjukkan spektrum EDS yang sesuai dengan wilayah persegi panjang citra SEM dari sampel Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. Sampel terdiri dari empat elemen, Zn, Ag, O, dan P, yang konsisten dengan hasil XPS.

Pengukuran XPS dilakukan untuk menyelidiki komposisi elemen dan status kimia sampel Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. Gambar 3a menunjukkan spektrum XPS pemindaian dan menunjukkan kehadiran Zn, Ag, O, dan P. Gambar 3b menunjukkan spektrum XPS resolusi tinggi Zn 2p, dan dua puncak energi ikatan pada 1021,5 dan 1044,6 eV dapat ditetapkan ke Zn 2p₃/₂ dan Zn 2p₁/₂ T-ZnOw, masing-masing [36]. Dua puncak yang terletak pada 367,2 dan 373,2 eV dapat diatribusikan ke Ag 3d₅/₂ dan Ag 3d₃/₂ dalam spektrum XPS orbital Ag 3d (Gambar 3c), yang merupakan ciri Ag⁺ [11]. Seperti yang terlihat dari spektrum XPS O 1s dalam Gambar 3d, ada tiga puncak pada 529,9, 531,2, dan 532,5 eV, yang dapat diatribusikan ke oksigen latice T-ZnOw [33], Ag₃PO₄ [37], dan grup –OH yang teradsorpsi pada permukaan Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, masing-masing. Pita lemah dan lebar yang berpusat pada 132,3 eV dalam Gambar 3 e dapat diatribusikan ke ciri P 2p dari Ag₃PO₄ [38]. Hasil XPS lebih membuktikan bahwa Ag₃PO₄ dan T-ZnOw telah berpasangan.

Spektra reflectansi difusi UV-Vis (DRS) diukur untuk mempelajari sifat penyerapan optik heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw, bersama dengan T-ZnOw dan Ag₃PO₄ (Gambar 4a). Dapat diamati bahwa tepi penyerapan T-ZnOw dan Ag₃PO₄ dinyatakan sekitar 400 dan 510 nm, masing-masing. Dibandingkan T-ZnOw, heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw menunjukkan intensitas penyerapan yang meningkat dalam wilayah cahaya visibel seiring dengan peningkatan rasio molar Ag₃PO₄. Rentang penyerapan yang meluas dan penyerapan yang ditingkatkan heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw dalam wilayah cahaya visibel adalah manfaat dari perkenalan jarak band yang lebih sempit Ag₃PO₄. Hasil di atas menunjukkan bahwa heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw adalah fotokatalis yang berpotensi untuk didorong cahaya visibel. Selain itu, energi jarak band T-ZnOw dan Ag₃PO₄ dievaluasi dengan fungsi Kubelka-Munk [39]. Menurut plot (αhv)² versus energi, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4b, nilai jarak band T-ZnOw dan Ag₃PO₄ adalah sekitar 3,16 dan 2,42 eV, masing-masing.

Fotodegradasi RhB digunakan untuk mengevaluasi aktivitas fotokatalitik T-ZnOw, Ag₃PO₄/T-ZnOw-1, Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, Ag₃PO₄/T-ZnOw-3, Ag₃PO₄, dan campuran T-ZnOw (26,41 mg) dan Ag₃PO₄ (13,59 mg) di bawah cahaya visibel. Gambar 5a menunjukkan aktivitas fotokatalitik sampel yang berbeda untuk degradasi RhB. Setelah iradiasi selama 50 menit, efisiensi degradasi T-ZnOw, Ag₃PO₄/T-ZnOw-1, Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, Ag₃PO₄/T-ZnOw-3, Ag₃PO₄, dan campuran adalah 52,5%, 85,3%, 92,9%, 79,9%, 96,9%, dan 62,9%, masing-masing. Campuran fisik T-ZnOw dan Ag₃PO₄ yang memiliki proporsi komposisi yang sama dengan Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 menunjukkan efisiensi degradasi RhB yang lebih rendah dibandingkan Ag₃PO₄/T-ZnOw-2, yang menyiratkan bahwa heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw terbentuk. Seiring dengan peningkatan rasio molar Ag₃PO₄, efisiensi degradasi RhB pertama meningkat dan kemudian menurun, dan Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 menunjukkan efisiensi degradasi tertinggi di antara heterostruktur, yang sangat dekat dengan Ag₃PO₄. Partikel Ag₃PO₄ yang mengaglomerasi dalam sampel Ag₃PO₄/T-ZnOw-3 mempengaruhi ukuran dan dispersi Ag₃PO₄. Diketahui bahwa ukuran partikel yang lebih kecil mengurangi kemungkinan rekombinasi pasangan elektron-lubang, sehingga meningkatkan kinerja fotokatalitik bahan. Selain itu, ukuran partikel Ag₃PO₄ yang besar dalam sampel Ag₃PO₄/T-ZnOw-3 dapat melemahkan gaya ancoran antara T-ZnOw dan Ag₃PO₄ dan merusak struktur heterojeksi, yang akan membatasi aktivitas fotokatalitik. Fotodegradasi RhB mengikuti reaksi pseudo-pertama orde, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5b. Gambar 5c menampilkan konstanta laju degradasi fotokatalis yang berbeda, dan tren sama dengan efisiensi degradasi. Konstanta laju fotodegradasi Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 (0,05179 min⁻¹) adalah 3,59 kali dari T-ZnOw (0,01444 min⁻¹). Hasil di atas dengan jelas menunjukkan bahwa aktivitas fotokatalitik T-ZnOw ditingkatkan oleh modifikasi Ag₃PO₄. Aktivitas fotokatalitik yang ditingkatkan heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw diuntungkan oleh intensitas penyerapan cahaya visibel yang ditingkatkan dengan memuat Ag₃PO₄ pada permukaan T-ZnOw, yang akan memungkinkan heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw untuk menghasilkan penangkap carica yang dihasilkan cahaya untuk fotodegradasi RhB di bawah cahaya visibel. Harap diperhatikan bahwa Ag₃PO₄ tampaknya memiliki aktivitas fotokatalitik terbaik di antara sampel yang disiapkan. Meskipun begitu, Ag₃PO₄ menunjukkan stabilitas yang lebih rendah dibandingkan Ag₃PO₄/T-ZnOw seperti yang ditunjukkan dalam pembahasan berikutnya, yang mempengaruhi penggunaan jangka panjangnya.

Dosis fotokatalis yang tepat dalam sistem fotodegradasi dapat mengurangi biaya dari sudut pandang ekonomi. Gambar 6a menunjukkan pengaruh dosis pakan Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 terhadap efisiensi degradasi. Efisiensi degradasi jelas meningkat seiring dengan peningkatan dosis dari 0,2 hingga 0,4 g/L dan menurun setelahnya. Seiring dengan peningkatan dosis katalis, kekaburan larutan meningkat dan penetrasi cahaya ke dalam sistem reaksi berkurang pada saat yang sama. Penyerapan cahaya visibel yang lebih rendah dari fotokatalis dapat menurunkan efisiensi degradasi pada dosis fotokatalis yang lebih besar [40, 41].

Pengaruh konsentrasi awal RhB yang berbeda terhadap aktivitas fotokatalitik Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 diteliti dan ditunjukkan dalam Gambar 6b. Ketika konsentrasi awal adalah 5 mg/L, 10 mg/L, dan 15 mg/L, efisiensi degradasi RhB adalah 98,2%, 92,9%, dan 70,4%, masing-masing. Penurunan efisiensi degradasi mungkin disebabkan oleh penurunan foton yang terserap oleh katalis yang timbul dari peningkatan panjang jalur foton yang masuk ke dalam larutan dengan konsentrasi awal yang lebih tinggi. Alasan lain mungkin lebih banyak intermediet yang terbentuk dengan konsent awal RhB yang lebih tinggi yang dapat membentuk kompetisi adsorpsi dengan reaktan awal [42, 43]. Namun, konsentrasi awal yang terlalu rendah tidak dapat sepenuhnya menunjukkan kemampuan fotodegradasi katalis. Oleh karena itu, konsentrasi awal larutan RhB dalam eksperimen disarankan 10 mg/L.

Stabilitas dan daya guna ulang fotokatalis sangat penting untuk mengukur aplikasinya praktis [44]. Diketahui bahwa fotokatalis Ag₃PO₄ dapat dengan mudah direduksi menjadi Ag oleh fotokorosi, yang membatasi aplikasi praktis jangka panjangnya. Gambar 7 menampilkan eksperimen daur ulang untuk degradasi RhB pada Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 dan Ag₃PO₄. Setelah empat siklus berturut-turut, efisiensi degradasi Ag₃PO₄ jelas lebih rendah dibandingkan Ag₃PO₄/T-ZnOw-2. Hasil yang disajikan di atas menunjukkan bahwa sementara fotokatalis Ag₃PO₄ menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang sedikit lebih tinggi pada penggunaan pertama, heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw tampaknya berpotensi untuk aplikasi jangka panjang karena stabilitas yang ditingkatkan. Fotokatalis Ag₃PO₄ murni tidak stabil jika tidak ada bahan penyerap yang ditambahkan dalam proses fotokatalitik [45]. Keleresan Ag₃PO₄ murni dalam larutan air relatif tinggi, yang mengakibatkan penurunan stabilitasnya selama proses fotokatalitik [25]. Ag₃PO₄ dapat direduksi menjadi Ag metal oleh elektron yang dihasilkan cahaya, dan sejumlah Ag dapat membentuk struktur Ag/Ag₃PO₄/T-ZnOw. Fotokorosi lebih lanjut Ag₃PO₄ dalam komposit Ag/Ag₃PO₄/T-ZnOw dapat dihemat oleh transfer elektron dari konduksi Ag₃PO₄ ke Ag metal [46]. Setelah partikel Ag₃PO₄ diancarkan pada permukaan T-ZnOw, partikel Ag₃PO₄ dan T-ZnOw memiliki kontak intim satu sama lain, dan permukaan T-ZnOw yang halus berfungsi sebagai tempat suci yang ideal untuk Ag₃PO₄ dan membuat jumlah Ag₃PO₄ yang terpisah dalam larutan air lebih sedikit, yang mirip dengan heterojeksi Ag₃PO₄/BiVO₄ yang dilaporkan [47]. Dengan demikian, heterostruktur Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 menunjukkan stabilitas fotokatalitik yang baik dan memiliki efisiensi degradasi 77,8% setelah eksperimen daur ulang.

Pengaruh berbagai penangkap radikal terhadap efisiensi degradasi RhB oleh Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 ditunjukkan dalam Gambar 8 setelah iradiasi selama 50 menit. Setelah penambahan IPA, BQ, dan EDTA-2Na, efisiensi degradasi berkurang menjadi 38,8%, 65,6%, dan 82,6%, masing-masing, yang menunjukkan bahwa radikal hidroksil (∙OH) dan radikal superoxide (∙O₂⁻) adalah spesies aktif utama, dan lubang (h⁺) berperansi sebagian dalam dekolorasi fotokatalitik. Posisi band Ag₃PO₄ dan T-ZnOw dihitung dengan persamaan berikut [18]:

$$ {\displaystyle \begin{array}{l}{E}_{\mathrm{VB}}=X-{E}^0+0.5{E}_{\mathrm{g}}\\ {}{E}_{\mathrm{CB}}={E}_{\mathrm{VB}}-{E}_{\mathrm{g}}\end{array}} $$

dimana X adalah elektronegativitas absolut semiconductor dan E_g adalah energi jarak band. Nilai X untuk Ag₃PO₄ dan ZnO adalah 6,16 [48] dan 5,76 eV [49], masing-masing. Menurut jarak band yang dicapai dalam Gambar 4, E_VB Ag₃PO₄ dan T-ZnOw dihitung sebesar 2,87 dan 2,84 eV, dan E_CB masing-masing adalah 0,45 dan −0,32 eV.

Mekanisme yang mungkin untuk fotodegradasi RhB dapat diusulkan berdasarkan hasil di atas, seperti yang ditunjukkan dalam Skema 1. Potensi konduksi (CB − 0,32 eV) dan potensi valensi (VB 2,84 eV) T-ZnOw lebih negatif dibandingkan Ag₃PO₄ (CB 0,45 eV; VB 2,87 eV). Ag₃PO₄ yang terangsang dapat menghasilkan pasangan elektron-lubang di bawah iluminasi cahaya visibel. Oleh karena itu, lubang yang dihasilkan cahaya dapat bergeser dari VB Ag₃PO₄ ke VB kosong T-ZnOw, yang memfasilitasi pemisahan yang efektif pasangan elektron dan lubang yang dihasilkan cahaya. Sebagian lubang yang dihasilkan cahaya bereaksi dengan H₂O yang teradsorpsi untuk membentuk ∙OH sebagai spesies aktif utama, dan bagian lain lubang yang teradsorpsi pada permukaan heterostruktur dapat langsung berpartisipasi dalam fotodegradasi RhB. Namun, potensi CB Ag₃PO₄ adalah 0,45 eV, yang lebih tinggi dibandingkan potensi reduksi O₂/∙O₂⁻ (−0,33 eV) [29]. Elektron yang dihasilkan cahaya pada konduksi Ag₃PO₄ tidak dapat bereaksi dengan oksigen terlarut untuk membentuk ∙O₂⁻. Sejumlah kecil Ag metal dapat terbentuk oleh reaksi antara Ag⁺ dari Ag₃PO₄ dan elektron yang dihasilkan cahaya oleh iluminasi cahaya visibel, yang dapat dibuktikan oleh spektrum XPS Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 setelah iluminasi selama 50 menit dalam reaksi fotokatalitik. Gambar 9a menunjukkan spektrum Ag3d XPS Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 setelah fotokatalisis selama 50 menit. Puncak pada 367,2 dan 373,2 eV dapat diatribusikan ke ion Ag⁺, dan puncak pada 368,3 dan 374,2 eV ditetapkan ke Ag metal [11]. Kemudian, elektron yang dihasilkan cahaya pada konduksi Ag₃PO₄ dapat transfer ke Ag metal, sehingga menghambat rekombinasi pasangan elektron-lubang. Selain itu, elektron yang dihasilkan cahaya dapat ditangkap oleh oksigen terlarut untuk membentuk ∙O₂⁻, yang memainkan salah satu peran utama dalam fotodegradasi RhB. Semua spesies reaktif yang dihasilkan cahaya ini (∙OH, ∙O₂⁻, dan h⁺) dapat bereaksi dengan RhB untuk membentuk CO₂ dan H₂O dan pada akhirnya meningkatkan kinerja fotokatalitik untuk degradasi RhB. Gambar 9b menyajikan spektrum PL Ag₃PO₄ dan Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 dengan panjang gelombang eksitasi 355 nm. Dibandingkan Ag₃PO₄ murni, intensitas Ag₃PO₄/T-ZnOw-2 menunjukkan penurunan fluoresensi, yang terutama disebabkan oleh transfer penangkap carica yang efisien antara Ag₃PO₄ dan T-ZnOw. Hasil PL konsisten dengan mekanisme fotokatalitik yang diusulkan.