Actividad fotocatalítica de nanocompuesto ternario de atapulgita-TiO2-Ag3PO4 para la degradación de rodamina B bajo irradiación solar simulada

Resumen

Un excelente fotocatalizador ternario compuesto que consiste en ortofosfato de plata (Ag ₃ PO ₄ ), atapulgita (ATP) y TiO ₂ se sintetizó, en el que se formó heterounión entre semiconductores diferentes para promover la separación de cargas fotogeneradas. El ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ El material compuesto se caracterizó por espectroscopía de reflectancia difusa SEM, XRD y UV-vis. La co-deposición de Ag ₃ PO ₄ y TiO ₂ Las nanopartículas sobre la superficie de ATP forman una estructura de partículas en forma de listón. En comparación con los fotocatalizadores compuestos que constan de dos fases, ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ El compuesto ternario exhibe una actividad fotocatalítica muy mejorada para la degradación de rodamina B bajo irradiación solar simulada. Dicho compuesto ternario no solo mejora la estabilidad de Ag ₃ PO ₄ , pero también reduce el costo al reducir la cantidad de aplicación de Ag ₃ PO ₄ , que proporciona orientación para el diseño de Ag ₃ PO ₄ - y compuestos basados en Ag para aplicaciones fotocatalíticas.

Antecedentes

La degradación de contaminantes orgánicos ha sido un proceso crítico para resolver la contaminación ambiental. Fujishima y col. informó en 1972 que TiO ₂ tiene la capacidad de utilizar energía solar para la división del agua y la producción de hidrógeno [1]. Desde entonces, la tecnología fotocatalítica basada en semiconductores se ha convertido en un enfoque prometedor pero eficaz para resolver la contaminación ambiental. Durante las últimas décadas, varios semiconductores, como TiO ₂ , Ag ₃ PO ₄ , BiVO ₄ , WO ₃ y g-C ₃ N ₄ , se han investigado exhaustivamente para su aplicación fotocatalítica [2]. Entre ellos, TiO ₂ ha recibido mucha atención debido a su buena estabilidad química, no fotocorrosión, bajo costo y no toxicidad. Sin embargo, debido a su amplia banda prohibida (3,2 eV) y a la falta de absorción de luz visible, el TiO ₂ presenta una baja eficacia fotocatalítica. La aplicación de TiO ₂ Los fotocatalizadores basados en la tecnología se vieron seriamente obstaculizados.

Los fotocatalizadores, como Ag ₃ PO ₄ [3], Bi2MoO ₆ [4], WO ₃ [5] y g-C ₃ N ₄ [6], pueden exhibir una alta eficiencia bajo irradiación de luz visible y, por lo tanto, han atraído grandes esfuerzos de investigación. Por ejemplo, Ye et al. informó que el ortofosfato de plata (Ag ₃ PO ₄ ) exhibió capacidades fotooxidativas mucho más fuertes y una mayor eficiencia para la degradación fotocatalítica [3] que la mayoría de los otros fotocatalizadores conocidos como WO ₃ [5] y BiVO ₄ [7]. Sin embargo, la estabilidad fotocatalítica de Ag ₃ PO ₄ podría deteriorarse por la fotorreducción de Ag ⁺ en Ag metálico. La baja fotoestabilidad y el alto costo de Ag ₃ PO ₄ son cuestiones preocupantes que limitarán sus aplicaciones fotocatalíticas. En este contexto, Ag ₃ PO ₄ Se han investigado fotocatalizadores compuestos basados en el objetivo de mejorar su fotoestabilidad y fotocatálisis, como TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ [8], Ag ₃ PO ₄ / grafeno [9] y Ag ₃ PO ₄ / Ag / WO _{3- x} [10].

La atapulgita (ATP) es un tipo de mineral no metálico de silicato de magnesio aluminio hidratado con forma de varilla, que tiene propiedades físicas y químicas notables, como cationes intercambiables, absorción de agua, decoloración por adsorción y una gran superficie específica [11]. Por lo tanto, se considera que el ATP es un portador de catalizador ideal con morfología de varilla, y su gran área superficial es beneficiosa para absorber catalizadores y contaminantes. Aunque Ag ₃ PO ₄ - y TiO ₂ -a base de atapulgita / Ag ₃ PO ₄ Se han informado fotocatalizadores compuestos binarios, los materiales compuestos ternarios basados en atapulgita rara vez se han investigado.

En este trabajo, el ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ Los compuestos ternarios se sintetizaron mediante un sencillo método de dos pasos para mejorar la fotoestabilidad y la fotocatálisis de Ag ₃ PO ₄ y suprimir el consumo de metales nobles Ag. La estructura cristalina y la microestructura de los nuevos compuestos ternarios se caracterizaron por XRD y SEM, respectivamente, mientras que sus actividades fotocatalíticas y estabilidad se midieron mediante la degradación del colorante orgánico rodamina B (RhB) bajo irradiación solar simulada. Este compuesto ternario exhibe una mayor eficiencia fotocatalítica que el fosfato de plata puro y una excelente estabilidad fotocatalítica.

Sección experimental

Materiales

Se obtuvieron nanofibras de ATP con un diámetro promedio de menos de 100 nm y una longitud promedio de menos de 1 μm (Fig.1) de Jiangsu Qingtao Energy Science and Technology Co., Ltd.RhB (AR), EDTA sal disódica deshidratada (GR, 99 %), terc-butanol (GR, ≥ 99,5%), cloruro de estearil trimetilamonio (STAC, 98%), nitrato de plata (AR) y dihidrogenofosfato disódico hidrato (Na ₂ HPO ₄ · 12H ₂ O, AR, 99%) se adquirieron de Macklin. El óxido de titanio, anatasa (nanopolvos, tamaño de partícula de 5 a 10 nm, 99,8% en base a metales, hidrófilo / lipófilo) se compró a Aladdin.

Patrones XRD de muestras: a ATP, b TiO ₂ , c Ag ₃ PO ₄ , d ATP / TiO ₂ , e Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ , f ATP / Ag ₃ PO ₄ y g ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄

Síntesis de muestras

El ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ El compuesto ternario se sintetizó mediante un sencillo método de dos pasos. Nanobarras de ATP bien dispersas y TiO ₂ Primero se añadieron nanopartículas con una relación de masa de 5:2 en agua desionizada y se agitaron durante 4 h. A través de la absorción física y electrónica superficial, el TiO ₂ Se unieron nanopartículas a la superficie de nanobarras de ATP. Después de la separación centrífuga, el precipitado se lavó con agua desionizada y luego se secó a 60 ° C durante 6 h para obtener ATP / TiO ₂ composicion. Mediante un método de precipitación simple, Ag ₃ PO ₄ Se depositaron nanopartículas en la superficie de ATP / TiO ₂ y ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ A continuación, se prepararon compuestos ternarios. [12] En un proceso de preparación típico, se disolvieron 20 ml de solución de nitrato de plata (0,1 mol / L) en ATP / TiO ₂ suspensión acuosa con 0,7 g de ATP / TiO ₂ compuestos y 50 ml de agua desionizada mediante agitación ultrasónica durante 30 min. 20 ml de Na ₂ HPO ₄ A continuación, se añadió lentamente una solución acuosa (0,1 mol / L) a la solución anterior con agitación ultrasónica en condiciones de oscuridad durante otros 40 min. Luego, el precipitado marrón amarillento claro se centrifugó, se lavó varias veces con etanol absoluto y se secó a 60 ° C durante 12 h, para obtener ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compuestos ternarios. Las muestras de polvo de Ag ₃ PO ₄ , Ag ₃ PO ₄ / ATP, Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ y ATP / TiO ₂ también se sintetizaron utilizando un método similar.

Caracterización

La difracción de rayos X se recogió usando XRD Rigaku D / max-RB) para el análisis de fase de los polvos por debajo de 40 kV y 30 mA. Las microestructuras se evaluaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, INSPECTF FEI, Países Bajos). Se investigó la espectroscopia de reflexión difusa ultravioleta-visible (UV-vis) del fotocatalizador usando un espectrofotómetro U-3010 Hitach UV-vis usando BaSO ₄ como referencia.

Experimento fotocatalítico

Se probó la degradación fotocatalítica de RhB bajo irradiación solar simulada. 50 mg de ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ se añadió a 100 ml de solución de RhB con una concentración de 5 mg / L y se agitó en la oscuridad durante 40 min para asegurar el equilibrio de adsorción-desorción. La fuente de luz era una lámpara Xe de 300 W (Microsolar300, PerfectLight, Beijing, China) a unos 150 mW / cm ² (según lo probado por un radiómetro FZ-A, Fábrica de Instrumentos Fotoeléctricos de la Universidad Normal de Beijing, China). Después de abrir la lámpara, se extrajeron 4 ml de solución a intervalos de tiempo conocidos y se separaron mediante centrifugación (10.000 rpm, 10 min). Los sobrenadantes se analizaron registrando variaciones del pico de absorción (554 nm) en los espectros UV-vis utilizando un espectrofotómetro UV / vis (T6, PERSEE, Beijing, China).

El grado de degradación del colorante RhB se determinó de acuerdo con la siguiente ecuación: D % =( c ₀ - c ) / c ₀ × 100% =( A ₀ - A ) / A ₀ × 100%, donde c ₀ y c son la concentración inicial y la concentración después de la fotocatálisis de la solución, respectivamente; y A ₀ y A son los valores de absorbancia de la solución antes y después de la reacción fotocatalítica, respectivamente.

Resultados y discusión

Caracterización del ATP-Ag ₃ PO ₄ -TiO ₂ compuestos

Los patrones XRD de ATP, TiO ₂ , Ag ₃ PO ₄ , y los nanocompuestos se muestran en la Fig. 1. Los picos de difracción en la Fig. 1a pueden indexarse como fase de ATP con estructura monoclínica (JCPDS # 21-0958), lo que implica que el ATP ha sido especialmente purificado y no existen fases de impurezas. La Figura 1b muestra picos de difracción típicos de anatasa TiO ₂ sin impurezas, mientras que la Fig. 1c muestra los picos de difracción correspondientes a Ag ₃ puro PO ₄ fase, de acuerdo con JCPDS # 06-0505. No hay fases de impurezas o desestabilización de estructura para todas las muestras de nanocompuestos de ATP / TiO ₂ (Fig. 1d), Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ (Fig. 1e), ATP / Ag ₃ PO ₄ (Fig. 1f) y ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ (Figura 1g). En patrones XRD de ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ (Fig. 1g), picos característicos principales asociados con Ag ₃ PO ₄ y TiO ₂ puede detectarse, mientras que los picos de difracción de la fase ATP son mucho más débiles. El fenómeno implica que las nanovarillas de ATP están revestidas por TiO ₂ y Ag ₃ PO ₄ nanopartículas.

La morfología y la microestructura de los fotocatalizadores compuestos se muestran en la Fig. 2. Las nanovarillas de ATP exhibieron una longitud promedio de menos de 1 µm y un diámetro de menos de 100 nm (Fig. 2a). Debido a la adsorción física y química de la superficie, TiO ₂ nanopartículas con un diámetro de aproximadamente 40 nm adheridas a la superficie de nanobarras de ATP y formadas ATP / TiO ₂ compuestos, como se muestra en la Fig. 2b. En la Fig. 2c, las nanovarillas de ATP estaban completamente cubiertas por Ag ₃ PO ₄ y TiO ₂ partículas en ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compuesto ternario, mientras que Ag ₃ PO ₄ apareció en la superficie de ATP / TiO ₂ compuestos en forma de partículas esferoidales uniformes con un diámetro de aproximadamente 50 nm.

Imágenes SEM de a ATP, b ATP / TiO ₂ y c ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ polvos

Espectros de absorción

Los espectros de absorción UV-vis de Ag ₃ PO ₄ , ATP, TiO ₂ y ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ se muestran en la Fig. 3a. Similar a los resultados informados, [3] Ag ₃ PO ₄ presenta una buena absorción del UV a la región de la luz visible con una longitud de onda de hasta aproximadamente 500 nm. Por otro lado, TiO ₂ exhibe una excelente absorción de UV sin una absorción obvia en la región de luz visible. El ATP muestra una menor absorción de UV y poca absorción en la región de luz visible. Como se esperaba, ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ El nanocompuesto ternario exhibe una fuerte absorción de rayos UV que se beneficia del TiO ₂ y ATP y la absorción mejorada de luz visible impuesta por Ag ₃ PO ₄ . La banda prohibida óptica ( E _g ) se puede estimar a partir del borde de absorción óptica de acuerdo con la Eq. (1). [13, 14]

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

donde α es el coeficiente de absorción espectral, " hv ”Es la energía de los fotones, A es una constante, y m es igual a 0.5 o 2 para transiciones directas e indirectas, respectivamente. TiO ₂ [15] se considera generalmente como un semiconductor de banda prohibida indirecta, y su E indirecto _g está determinada por la intercepción de una línea recta ajustada a través del lado de baja energía de la curva ( αhυ ) ^1/2 versus hυ como se muestra en la Fig. 3b, con un valor estimado de aproximadamente 3,20 eV. Ag ₃ PO ₄ se informó como un semiconductor de banda prohibida indirecta, y su brecha directa en el punto Gamma y la brecha indirecta son muy cercanas en términos de los resultados calculados. [16] Su brecha directa de aproximadamente 2,45 eV se consideró como la brecha de banda de Ag ₃ PO ₄ en la mayoría de los informes. Aquí, el E indirecto _g y directo E _g están determinadas por la intercepción de la línea recta ajustada a través del lado de baja energía de la curva ( αhυ ) ^{1 / m} (m =2 y 0.5) versus hυ , respectivamente. Los resultados de Ag ₃ PO ₄ revelan una banda prohibida indirecta de 2,33 eV (Fig. 3b) y una banda prohibida directa de 2,49 eV (Fig. 3c). El E directo _g de 2,49 eV concuerda más con el borde de la banda de absorción que la banda prohibida indirecta de 2,33 eV. Por lo tanto, el E _g de Ag ₃ PO ₄ se determina como 2,49 eV. De manera similar, ATP muestra una banda prohibida indirecta de 3.37 eV (Fig. 3b) y una banda prohibida directa de 3.75 eV (Fig. 3c), y el E _g de ATP se determina como 3,75 eV. Los valores de banda prohibida anteriores de TiO ₂ , Ag ₃ PO ₄ y ATP están bastante cerca de los resultados reportados. [17] En ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ nanocompuesto ternario, hay dos bordes de banda de absorción óptica diferentes de aproximadamente 385 y 510 nm en los espectros de absorción UV-vis, de los cuales dos E diferentes _g los valores se pueden estimar. Desde el borde de la banda de absorción de 385 nm, un E directo _g de aproximadamente 3.64 eV se obtiene, que está entre los de TiO ₂ y ATP como resultado del efecto compuesto. Correspondiente al borde de absorción de 510 nm, un E directo _g de aproximadamente 2,49 eV se obtiene, de acuerdo con el E directo _g de Ag ₃ PO ₄ . Como resultado, el compuesto ternario retuvo una absorción sobresaliente similar en luz visible como Ag ₃ PO ₄ , así como una buena absorción de rayos UV derivada del TiO ₂ y ATP. Este resultado implica el ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ El compuesto ternario tiene el potencial de ser un excelente fotocatalizador en el rango de longitud de onda que va desde la luz ultravioleta hasta la luz visible.

un Espectros de absorción UV-vis y b parcelas de ( αhν ) ^1/2 versus ( hν ) de Ag ₃ PO ₄ , ATP, TiO ₂ y ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ nanocompuesto ternario; c parcelas de ( αhν ) ² versus ( hν ) de Ag ₃ PO ₄ , ATP y TiO ₂; d parcelas de ( αhν ) ² versus ( hν ) de ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ nanocompuesto ternario y el recuadro en d es el detalle ampliado parcial de las parcelas en d

Actividades fotocatalíticas

La actividad fotocatalítica de las muestras resultantes se evaluó mediante la degradación de RhB bajo irradiación de luz Xe, Fig. 4. Después de sumergir los fotocatalizadores, las soluciones de RhB se agitaron durante 40 min en condiciones de oscuridad para establecer el equilibrio de adsorción-desorción con el objetivo de eliminar la interferencia. de adsorción. La Figura 4a muestra la evolución de los espectros de absorción durante la fotodegradación de soluciones de RhB por ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ nanocompuesto ternario bajo iluminación de luz Xe en función del tiempo. Los picos de absorción centrados en 554 nm corresponden al pico de absorción característico de RhB. Debido a la fotodegradación de RhB, la fuerza máxima disminuyó a medida que disminuyó la concentración de RhB. Después de agitar la solución durante 40 min en condiciones de oscuridad, solo se observa una pequeña disminución en la intensidad del pico de absorción para RhB, lo que indica una adsorción de tinte débil del nanocompuesto. Después de la irradiación durante 20 minutos, el pico de absorción característico de RhB casi desapareció, lo que implica una degradación casi completa del tinte en la solución. En condiciones de irradiación de luz Xe similares, la degradación fotocatalítica de RhB con diferentes fotocatalizadores se compara en la Fig. 4b. Los fotocatalizadores de TiO ₂ monofásico y el ATP mostró una tasa de degradación inferior al 50% con una irradiación de 60 minutos, mientras que Ag ₃ PO ₄ mostró una degradación fotocatalítica mucho más fuerte y rápida, de acuerdo con informes anteriores sobre fotocatálisis de TiO ₂ y Ag ₃ PO ₄ [18]. Ag ₃ PO ₄ se informó como un fotocatalizador fuerte, pero su estabilidad de la actividad fotocatalítica es baja y su costo es alto. Los nanocompuestos ternarios revelaron una tasa de degradación rápida de alrededor del 81,1% solo después de 3 min de irradiación y una degradación casi completa después de 20 min de irradiación, que obviamente son más altas que las del Ag ₃ monofásico PO ₄ y otros fotocatalizadores compuestos binarios, incluido ATP / Ag ₃ PO ₄ y TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ como se ve en la Fig. 4b. El ATP tiene poca actividad fotocatalítica, pero se ha informado que tiene buena capacidad de adsorción, [19] lo que facilita la adherencia de las moléculas de tinte a su superficie y da como resultado una mayor tasa de degradación de RhB por el ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ fotocatalizadores ternarios nanocompuestos. Curiosamente, el ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ Los fotocatalizadores mostraron una eficiencia de degradación fotocatalítica más fuerte que el TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ o Ag ₃ PO ₄ con el mismo peso. Como resultado, la cantidad de aplicación de Ag ₃ de alto costo PO ₄ se reduce.

un Espectros de absorción UV-vis de las soluciones de RhB fotocatalíticas degradadas por el ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ nanocompuesto ternario en diferentes momentos. b Degradación fotocatalítica de RhB con diferentes fotocatalizadores bajo irradiación solar simulada

La estabilidad de los fotocatalizadores para la fotodegradación de RhB bajo irradiación de luz Xe se evaluó mediante experimentos fotocatalíticos repetidos. También se realizó una prueba similar en Ag ₃ PO ₄ para comparacion. Después de cada ciclo de degradación fotocatalítica, los fotocatalizadores se separaron, lavaron, secaron y luego se reciclaron para el siguiente ciclo. La concentración inicial de RhB y la dosis de fotocatalizador se mantuvieron constantes durante cada ejecución de degradación fotocatalítica. Los resultados se muestran en la Fig. 5. Después de cada ejecución, la actividad de Ag ₃ PO ₄ disminuyó significativamente como se esperaba [20]. En el proceso fotocatalítico, los sitios activos fueron cubiertos por Ag que aparece en la superficie de Ag ₃ PO ₄ partículas. La actividad fotocatalítica del ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ El nanocompuesto ternario se mantuvo sin cambios incluso después de cinco ciclos de fotodegradación de RhB. Este resultado indica que la fotocatálisis es muy estable en ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ nanocompuestos ternarios.

Degradación fotocatalítica repetida de RhB con Ag ₃ PO ₄ (cuadrados rojos abiertos) y ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compuestos ternarios (círculos negros sólidos) bajo irradiación solar simulada

Posible mecanismo en el proceso fotocatalítico

En los procesos de degradación fotocatalítica, las especies reactivas de oxígeno comunes incluyen • radicales OH, O ₂ ^{• -} radicales y huecos (h ⁺ ). [2] Los experimentos de captura se llevaron a cabo para monitorear las especies reactivas de oxígeno involucradas en el proceso fotocatalítico de ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compuestos sobre RhB. Tres sustancias químicas de terc-butanol (TBA), benzoquinona (BQ) y etilendiaminotetraacetato disódico (Na ₂ -EDTA) se utilizaron como captadores de • radicales OH, O ₂ ^{• -} radicales y huecos, respectivamente. [9] Los resultados experimentales bajo irradiación de luz Xe se muestran en la Fig. 6. La introducción de TBA 1 mM (• captador de radicales OH) no tiene una influencia obvia sobre la actividad fotocatalítica del fotocatalizador compuesto (Fig. 6b). Este resultado indicó que los radicales OH · no son la principal especie de oxígeno activo en el proceso fotocatalítico. La adición de BQ 1 mM (O ₂ ^{• -} eliminador de radicales) reduce el grado de degradación fotocatalítica de RhB al 42% en 60 min (Fig. 6c), lo que indica que O ₂ ^{• -} Los radicales hacen una contribución importante, pero solo segmentaria, al rendimiento fotocatalítico. Después de agregar el eliminador de agujeros Na ₂ -EDTA (1 mM) en el sistema fotocatalítico, la actividad de degradación fotocatalítica de ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ Los nanocompuestos se suprimen casi por completo (Fig. 6d) y el grado de degradación de RhB disminuye a menos del 5% después de 60 min. Este resultado implica que los agujeros juegan un papel clave en la degradación fotocatalítica. En consecuencia, los agujeros y O ₂ ^{• -} Los radicales son los principales radicales reactivos en el ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ proceso fotocatalítico que degrada RhB bajo irradiación de luz Xe.

Experimentos de captura de especies reactivas de ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ fotocatalizador compuesto

Con base en la discusión mencionada anteriormente, se propuso un posible mecanismo fotocatalítico para explicar la degradación fotocatalítica de RhB por ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ fotocatalizadores compuestos ternarios, como se muestra en la Fig. 7. Los potenciales para la banda de conducción (CB) y la banda de valencia (VB) de TiO ₂ son - 0,5 eV frente a NHE y + 2,70 eV frente a NHE, respectivamente [21, 22]. Estos valores son más negativos que los de ambos Ag ₃ PO ₄ (CB + 0,45 eV frente a NHE, VB + 2,97 eV frente a NHE) [3, 16] y ATP (CB - 0,25 eV frente a NHE, VB + 3,50 eV frente a NHE). Por lo tanto, los electrones fotogenerados en el CB de TiO ₂ se puede transferir fácilmente a la de Ag ₃ PO ₄ , mientras que los agujeros fotoinducidos en el VB de Ag ₃ PO ₄ migrará a la de TiO ₂ , que promueve la separación efectiva de pares electrón-hueco fotogenerados y disminuye la probabilidad de recombinación de electrones y huecos. Como resultado, el ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ El fotocatalizador compuesto puede exhibir actividades fotocatalíticas más altas que el Ag ₃ monofásico PO ₄ . Mientras tanto, los agujeros en VB de TiO ₂ , que tiene fuertes características de oxidación, no solo podría acelerar significativamente las velocidades de reacción fotocatalítica de degradación del RhB, sino que también podría oxidar el H ₂ O para generar O ₂ . El potencial de reducción de O ₂ ^{• -} es - 0.28 eV, mientras que los potenciales de CB para TiO ₂ y Ag ₃ PO ₄ son - 0,3 y + 0,45 eV, respectivamente. Por lo tanto, el O ₂ resultante en la superficie de los fotocatalizadores podrían capturar electrones fotogenerados para producir O ₂ ^{• -} radicales y el Ag ⁺ iones en Ag ₃ PO ₄ podría protegerse de la fotorreducción en Ag metálico (Ag ⁺ + e ^- → Ag) ya que los electrones se consumieron en la reacción con O ₂ . En consecuencia, el fotocatalizador compuesto con TiO ₂ y Ag ₃ PO ₄ muestra una estabilidad mucho mayor que el Ag ₃ monofásico PO ₄ fotocatalizador.

Mecanismo fotocatalítico propuesto de ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compuestos

Conclusiones

En conclusión, sintetizamos ATP / TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compuesto ternario a través de un método simple:TiO ₂ Las nanopartículas se absorbieron en la superficie de ATP para formar una estructura binaria, y luego Ag ₃ PO ₄ Las nanopartículas se depositaron en ATP / TiO ₂ compuesto a través de la interacción electrostática. La unión heterogénea formada en el material compuesto ternario mejora la eficacia y la estabilidad fotocatalíticas. En comparación con Ag ₃ puro PO ₄ fase, este tipo de fotocatalizador compuesto no solo reduce el consumo del metal precioso plata en mayor medida, sino que también mejora la eficiencia de los fotocatalizadores. Nuestros resultados proporcionarán orientación para diseñar compuestos basados en Ag para aplicaciones fotocatalíticas.