Un método sencillo para la preparación de heterounión Cu2O-TiO2 NTA con actividad fotocatalítica visible

Resumen

Basado en TiO ₂ altamente ordenado matrices de nanotubos (NTA), fabricamos con éxito el Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión NTA por un simple proceso de descomposición térmica por primera vez. El TiO ₂ anódico Las NTA funcionaron como "nanocontenedores" y "nano-reactores" para cargar y sintetizar la banda estrecha Cu ₂ O nanopartículas. El Cu ₂ cargado O espectro de absorción expandido del TiO ₂ NTA desde el rango ultraviolento al rango de luz visible. Descubrimos que Cu ₂ O-TiO ₂ Las películas de heterounión NTA tenían actividad visible hacia el naranja de metilo degradante fotocatalítico (MO). Las capacidades fotocatalíticas del Cu ₂ O-TiO ₂ Se encontró que las películas de heterounión NTA aumentaron con Cu ₂ Contenido de O de 0.05 a 0.3 mol / L. Esto podría explicarse por más pares de electrones y huecos generados y menos recombinación, cuando el Cu ₂ O-TiO ₂ se formó la heterounión. Aquí, presentamos este método prometedor, con la esperanza de que pueda facilitar la producción en masa y las aplicaciones de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión NTA.

Antecedentes

Con cada vez más atención prestada a los problemas ambientales en la actualidad, el estudio de los materiales de tratamiento de agua surgió en una corriente continua [1, 2, 3, 4]. Se propusieron cientos de estrategias para el tratamiento de aguas contaminadas. Sin embargo, hubo muchos problemas, como la baja eficiencia, la baja tasa de reciclaje y la contaminación ambiental secundaria, lo que restringió sus aplicaciones adicionales [5, 6, 7]. Los materiales semiconductores se consideraron un candidato prometedor, y el óxido de titanio fue reconocido como uno de los mejores materiales fotocatalizadores debido a su alta actividad fotocatalítica y buena estabilidad química y mecánica [8,9,10,11,12]. Recientemente, TiO ₂ Se estudiaron ampliamente los materiales con matriz de nanotubos (NT) y se demostró que la morfología tubular es una estructura prometedora para la fotocatálisis. En comparación con otras morfologías microcósmicas, TiO ₂ Las matrices NT poseían varias ventajas significativas [13,14,15,16,17]. En primer lugar, la estructura tubular única podría mejorar la eficiencia de transporte de electrones y restringir la recombinación de portadores, lo que producirá más especies de oxígeno reactivo (ROS) [18, 19]. En segundo lugar, TiO ₂ Las matrices NT son mucho más fáciles de reciclar que las TiO ₂ fotocatalizadores en polvo [20,21,22,23,24]. En tercer lugar, TiO ₂ Las matrices NT tienen una gran superficie específica y una alta energía superficial. Sin embargo, debido a las brechas relativamente amplias (~ 3,2 eV). TiO ₂ El fotocatalizador NT solo es activo bajo irradiación UV [25,26,27,28]. De hecho, un fotocatalizador que sea capaz de responder con luz visible seguramente tendrá ventajas obvias. En la actualidad, el enfoque de la investigación de fotocatalizadores es ajustar su banda de respuesta a la luz y mejorar su eficiencia fotocatalítica.

Construyendo TiO ₂ heterogéneo Los fotocatalizadores con espacios de banda estrechos son uno de los puntos críticos como un intento de superar tales impedimentos. Semiconductores de banda estrecha, como Cu ₂ O, CdS, CdTe, PbS y Bi ₂ O ₃ , se han estudiado para construir TiO ₂ fotocatalizadores de heterounión [29,30,31,32,33,34]. Entre ellos, Cu ₂ O (con la brecha directa de ~ 2,2 eV) se considera uno de los mejores candidatos. Para Cu ₂ O, la banda de respuesta es de aproximadamente 560 nm, y su estructura de banda prohibida coincide bien con el nivel de energía de TiO ₂ NT. Como se muestra esquemáticamente en la Fig.1, bajo la excitación de la luz visible, se generan pares de electrones / huecos y los electrones fotoinducidos se excitan a la banda de conducción de Cu ₂ O y luego transferir a la banda de conducción de TiO ₂ , que suprime la recombinación de electrones y huecos. Esta estructura de heterounión resuelve el problema de que el TiO ₂ los materiales no pudieron responder a la luz visible y el problema de que los pares de electrones / huecos generados en Cu ₂ O recombina fácilmente. Desde este punto de vista, Cu ₂ O-TiO ₂ Los materiales de estructura de heterounión NTA garantizaron una ventaja natural en la fotocatálisis de luz visible.

Diagrama estructural esquemático de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión NTA. Bajo iluminación de luz visible, los electrones se excitaron a la banda de conducción de Cu ₂ O partículas y luego transferidas a la banda de conducción de TiO ₂ para la estructura de banda prohibida correspondiente

Enfoque general para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Los fotocatalizadores de heterounión incluyen la coprecipitación química y la electrodeposición, y los productos han mostrado un rendimiento fotocatalítico prometedor. Pero sigue siendo un desafío preparar Cu ₂ O-TiO ₂ fotocatalizadores de heterounión de buena calidad utilizando un método fácil y de bajo costo. Inspirada en el concepto del precursor de la deposición química de vapor (CVD), la idea de usar acetato para transportar iones de cobre para ingresar al interior de TiO ₂ Aparecen los NT preparados por oxidación anódica. Se sabe que es probable que los compuestos organometálicos se descompongan térmicamente. En este estudio, TiO ₂ anódico Los NTA funcionaron como "nanocontenedores" para cargar acetato de cobre al principio y luego como "nano-reactores" para proporcionar espacio para la descomposición térmica del acetato de cobre cargado. Después de un tratamiento térmico, Cu ₂ O-TiO ₂ Se obtuvieron con éxito películas de heterounión de TNA. Hasta donde sabemos, no se ha informado que este método prepare Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión de TNA. Además, la composición de las fases, la morfología y la actividad fotocatalítica se caracterizaron mediante XRD, EDS, SEM y espectrofotómetro.

Sección experimental

Los productos químicos que se mencionaron en el proceso del experimento se compraron (Sinopharm Group Chemical Reagent Co. Ltd., China) y se usaron sin purificación adicional, excepto el agua desionizada con una resistencia de 18,3 MΩ cm.

Preparación de TiO puro ₂ Matrices de nanotubos

Se utilizó el método de oxidación anódica para preparar TiO ₂ uniforme y estable NTA con alineación vertical [35, 36]. Se cortaron láminas de titanio (Ti) de metal en trozos de 1,5 × 5 cm ² y limpiado con un limpiador. Después de un baño de sonicación en etanol, las piezas de Ti se secaron en un horno. El electrolito constaba de 535,45 g de glicol, 10 g de agua desionizada y 1,6617 g de NH ₄ F, que se mezclaron y agitaron durante 2 h. Luego, tomamos dos piezas de Ti como ánodo y cátodo, respectivamente. Sumergiéndolos en electrolito, aplicando un potencial constante de 50 V durante 2 h, TiO ₂ amorfo matrices de nanotubos (TiO ₂ NTA) se fabricaron a temperatura ambiente.

Síntesis de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión NTA

El amorfo TiO ₂ Los NTA se cristalizaron en anatasa mediante un tratamiento térmico a 450 ° C. Y luego, se usaron como sustrato para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Película de heterounión NTA. Primero, acetato cúprico (Cu (Ac) ₂ ) con diferente concentración, que van desde 0.05 a 0.3 mol / L. Luego, recocido TiO ₂ Los NTA se sumergieron en la solución de forma transitoria y se secaron en un horno a 70 ° C inmediatamente. Y los productos finales, Cu ₂ O-TiO ₂ películas, se marcaron como muestra S1-S5 respectivamente por los diferentes Cu (Ac) ₂ concentración de 0.05, 0.1, 0.2, 0.3 y 4 mol / L en este proceso de inmersión. Después de este proceso, las moléculas de acetato cúprico ingresaron al TiO ₂ nanotubos. El siguiente paso fue colocar las muestras en un horno de sinterización atmosférica de N ₂ con una temperatura de sinterización de 400 ° C durante 150 min. El acetato cúprico se descompuso térmicamente de la forma descrita por la Ec. (1). Finalmente, el Cu ₂ O-TiO ₂ Se prepararon películas de heterounión NTA. Este proceso se mostró esquemáticamente en la Fig. 2.

$$ {\ left ({\ mathrm {CH}} _ 3 \ mathrm {COO} \ right)} _ 2 \ mathrm {Cu} \ overset {\ Delta} {\ to} {\ mathrm {Cu}} _ 2 \ mathrm { O} \ flecha hacia abajo + {\ mathrm {CH}} _ 4 \ uparrow + {\ mathrm {CO}} _ 2 \ uparrow + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ uparrow + \ mathrm {CO} \ uparrow $$ (1)

Procedimiento de síntesis del Cu ₂ O-TiO ₂ Películas de heterounión NTA. un Paso 1, TiO ₂ anódico NTA. b Paso 2, llene los tubos con solución precursora. c Paso 3, sinterizar los tubos llenos a 400 ° C para obtener el Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión NTA. d Fórmula de reacción química del proceso de sinterización

Al igual que sostener un tubo de ensayo que contiene acetato cúprico, después de calentarlo, el acetato cúprico se descompone térmicamente en Cu ₂ O que quedó dentro del TiO ₂ NTA.

Caracterización

Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM, JSM-7000F, JEOL Inc., Japón) con espectrómetro de dispersión de energía (EDS) para la observación de la morfología y la estructura. Las muestras se caracterizaron mediante un espectrómetro de difracción de rayos X D / max-2400 (Rigaku, D / max-2400, Japón) y también se utilizó una espectrometría UV-vis (Ultrospec 2100 pro). Evaluar la actividad fotocatalítica del Cu ₂ sintetizado O-TiO ₂ Heterounión NTA, tomamos naranja de metilo (MO), un indicador orgánico típico, como el objeto degradado. El Cu ₂ O-TiO ₂ Películas NTA (3,0 × 1,5 cm ² ) se sumergieron en 5 × 10 ⁻⁵ mol / L de solución acuosa de MO e irradiado con siete bombillas visibles de 4 W (Toshiba, Cool white, FL4W, Japón). Luego, la solución se agitó magnéticamente en la oscuridad durante 30 min para asegurar el equilibrio de adsorción-desorción antes de la degradación fotocatalítica. Los experimentos de fotodegradación duraron 180 min con muestras de 1,5 ml extraídas periódicamente. La concentración del MO residual se midió mediante un espectrofotómetro a aproximadamente 460 nm sobre la base de la ley de Beer-Lambert. La eficiencia de degradación del OM podría definirse de la siguiente manera:

$$ {C} _t / {C} _0 =\ left ({A} _t / {A} _0 \ right) \ times 100 \% $$ (2)

Y la variación de A _t / A ₀ referido al cambio en C _t , que representó la actividad fotocatalítica de las muestras analizadas.

Resultados y discusión

La Figura 3 muestra una observación SEM típica del TiO ₂ anódico puro NTA después del recocido a 450 ° C. La anodización es un proceso electrolítico que convierte la superficie exterior de los metales en una capa de óxido o estructura de poros. Como se muestra en la Fig.3, el TiO ₂ preparado Los NT tienen una morfología de tubo abierto con una distribución uniforme del diámetro exterior de ∼ 100 nm. El TiO ₂ anódico Las NTA están muy ordenadas y orientadas, y cada TiO ₂ NT posee paredes de tubo muy lisas con un espesor medio de ∼ 10 nm. Nuestros estudios anteriores han demostrado que la longitud, el diámetro y la morfología del tubo pueden manipularse ajustando los protocolos de anodización [37, 38]. Los resultados de SEM también indican que el recocido térmico a una temperatura alta de 450 ° C no destruye las morfologías del TiO ₂ NTA. La XRD se utiliza para caracterizar el cristalino del TiO ₂ puro NTA (muestra 1), ver Fig. 4a. Los resultados muestran que los picos de difracción ubicados en 25,3 °, 36,9 °, 37,8 °, 48 °, 53,9 °, 55 °, 62,7 ° y 68,8 ° se pudieron observar en la muestra 1, atribuyéndose a (101), (103), ( 004), (200), (105), (211), (204) y (116) de fase anatasa, respectivamente. Como sabemos, hay tres tipos de fase de dióxido de titanio, anatasa, brookita y rutilo. El rutilo podría mostrar una capacidad fotocatalítica relativamente buena con una granularidad inferior a 10 nm. Sin embargo, para obtener una fase de rutilo, el TiO ₂ La muestra debe calentarse hasta una temperatura de sinterización alta de 800 ° C, lo que podría provocar la rotura del TiO ₂ tubos en este caso. La fase de brookita difícilmente se forma mediante el método de recocido térmico para la mala estabilidad de la fase termodinámica, mientras que la anatasa es la fase más común con buena actividad fotocatalítica [39, 40]. Los agudos picos de difracción y la fuerte intensidad de la muestra 1 (ver Fig. 4a) indicaron una estructura de anatasa altamente cristalizada, lo que significaba nuestro TiO ₂ el sustrato fue excelente no solo en la morfología sino también en la fase cristalina. El TiO ₂ altamente ordenado Se utilizaron NTA con morfología de boca de tubo abierto como sustrato para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Películas de heterounión NTA en este estudio.

Imágenes SEM típicas de TiO ₂ puro matrices de nanotubos sin modificación. un Vista superior y b vista lateral, que indica la estructura de alineación vertical altamente ordenada con morfología de boca de tubo abierto. El diámetro del tubo es de aproximadamente 100 nm y la longitud del tubo es de aproximadamente 10 μm

un Patrones XRD del Cu ₂ O-TiO ₂ Muestras de heterounión NTA. Muestra S0:anatasa pura TiO ₂ Muestra de NTA; muestras S2, S4 y S5:muestra descompuesta térmicamente con inmersión en 0.1, 0.3 y 4 mol / L Cu (Ac) ₂ solución, respectivamente. b Resultado EDS del Cu ₂ O-TiO ₂ Películas de heterounión NTA, que muestran la existencia de elementos Ti, Cu y O. Los resultados confirman la carga exitosa de Cu ₂ O en el TiO ₂ NTA

Patrones XRD del TiO ₂ NTA cargadas con Cu ₂ Las nanopartículas de O en gradiente de concentración que van desde 0.05 a 4.0 mol / L también se muestran en la Fig. 4a, y la muestra de 4.0 mol / L se preparó mediante un proceso de inmersión cíclica descrito en el archivo adicional 1, la parte "Detalles experimentales". Las muestras se denominaron muestras 2 a 4 con el Cu (Ac) ₂ creciente concentración. Excepto el TiO ₂ picos, no hubo pico de Cu ₂ O aparece en la muestra 2 debido a la pequeña cantidad de Cu ₂ de carga O partículas. Y las partículas pueden estar decoradas dentro del TiO ₂ “Nanocontenedor” que también planteó la dificultad de caracterización. En la muestra 3 y la muestra 4, se pudieron observar picos obvios de cuprita a 29.6 °, 36.4 °, 42.3 ° y 61.3 °, atribuyéndose a la cuprita (110), (111), (200) y (220) de Cu ₂ O, respectivamente. Cabe señalar aquí que la muestra 4 solo se utilizó para caracterizar la existencia de Cu ₂ O partículas, y sus detalles sintéticos se describen en el archivo adicional 1. Además, los parámetros de la red y el tamaño de grano se calcularon en función de los datos XRD. Después de eliminar el fondo y K _α2 difracción, y siguiendo el proceso de suavizado y ajuste, obtuvimos los parámetros de celosía promedio de nuestras muestras de a = b = c =4,2646 Å, que coincidió con el PDF estándar. El PDF estándar mostró que los parámetros de celosía de Cu ₂ O son: a = b = c =4.2696 Å y Cu ₂ O tenía una estructura cúbica [41]. El tamaño de grano promedio de Cu ₂ O se calculó como ~ 47 nm, utilizando la fórmula de Debye-Scherrer:

$$ D =\ frac {K \ gamma} {B \ cdot \ cos \ theta} $$ (3)

En Eq. (3), D es el tamaño de grano, K es la constante de Scherrer, γ es la longitud de onda de los rayos X, B es FWHM que debe estar en radianes, y θ es el ángulo de difracción. Los resultados de XRD indican que el Cu (Ac) ₂ se cargaron en el TiO ₂ NTA y descompuesto con éxito en Cu ₂ O dentro del mismo TiO ₂ NTA y luego Cu ₂ O-TiO ₂ Se formaron películas de heterounión NTA. Para investigar más a fondo el Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión NTA, se llevó a cabo un análisis elemental utilizando EDS. La Figura 4b mostró un diagrama EDS de Cu ₂ O-TiO ₂ Película de heterounión NTA que se preparó con 0,2 mol / L Cu (Ac) ₂ . Los porcentajes atómicos fueron 7.32, 28.96, 57.45 y 6.27% para los elementos Cu, Ti, O e impureza C. Este resultado mostró que el Cu ₂ O poseía un contenido relativamente bajo en la muestra de heterounión, pero aun así provocó la actividad de luz visible, que se discutirá más adelante en el experimento de degradación de MO. Los resultados de EDS concuerdan bien con los resultados de XRD en la Fig. 4a que cuprita Cu ₂ O se cargó con éxito en anatase NTA.

La Figura 5 mostró los resultados de SEM de la vista superior del TiO ₂ modificado NTA. Comparado con el TiO ₂ puro Muestras de NTA en la Fig.3, se podían ver algunas partículas pequeñas cerca de la parte superior e interior del TiO ₂ tubos en la Fig. 5a. Incrementando la cantidad de modificación, se pudo observar una serie de nanopartículas obviamente en la Fig. 5b. La Figura 5c fue la muestra 4 que discutimos antes. Grandes partes de la superficie del tubo estaban cubiertas por el Cu ₂ redundante O, lo que indica que la muestra 4 estaba sobredecorada. Según las imágenes SEM, la distribución de tamaño de Cu ₂ Las partículas de O se estimaron en un rango de ~ 30 a ~ 80 nm, lo que concuerda bien con el tamaño de grano calculado por XRD de ~ 47 nm. Para la estructura tubular de las tres muestras, aún conservaban el estado de alineación vertical, pero algunos tubos se alteraron un poco. Se consideró como la influencia del proceso de descomposición térmica, que necesitaba un proceso de calentamiento de 400 ° C para obtener Cu (Ac) ₂ descompuesto en Cu ₂ O. La alta temperatura en el paso de descomposición tuvo un efecto negativo en la estructura tubular, apoyado por las imágenes SEM. Sin embargo, si la temperatura de calentamiento en el proceso térmico bajó demasiado a 240 ° C, Cu (CH ₃ COO) ₂ · H ₂ O simplemente se deshidrataría en lugar de descomponerse. Por lo tanto, la temperatura debe controlarse en ~ 300 a 400 ° C para mantener la estructura tubular a nanoescala y garantizar la fabricación de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterounión NTA. Se puede concluir que el Cu ₂ O-TiO ₂ se podría formar heterounión y conservar bien la morfología cuando la descomposición ocurre a 400 ° C.

Imágenes típicas de SEM del Cu ₂ O-TiO ₂ Películas de heterounión NTA. un Muestra sumergida en 0,2 mol / L Cu (Ac) ₂ . b Muestra sumergida en 0,3 mol / L Cu (Ac) ₂ . c Muestra sumergida en Cu (Ac) ₂ de concentración demasiado alta

El Cu ₂ Se cargaron nanopartículas de O en TiO ₂ NTA para fabricar la heterounión, que se esperaba que mejorara la capacidad de foto-respuesta en el rango de luz visible, por lo que se adoptó la caracterización UV-vis para investigar las propiedades ópticas del Cu ₂ sintetizado. O-TiO ₂ NTA. La Figura 6a muestra los espectros de absorción UV-vis del Cu ₂ O-TiO ₂ Muestras NTA con Cu ₂ Magnitud cargada de O que aumenta de ninguna a 4.0 mol / L. Se puede ver en la Fig. 6a que el TiO ₂ puro NTA sin cargar Cu ₂ O solo mostró una alta absorción en la región ultravioleta (<380 nm), debido a sus propiedades intrínsecas del material. Después de cargar el Cu ₂ O partículas, el rango de absorción se amplió a 600-700 nm. Y cuando la intensidad aumenta con el aumento del Cu ₂ O magnitud de modificación, el valor de absorción del Cu ₂ O-TiO ₂ También aumentaron las películas de heterounión. La Figura 6a indicó que TiO ₂ A las NTA se les dio la capacidad de respuesta a la luz visible decorando Cu ₂ O nanopartículas. Los resultados de UV-vis junto con SEM, EDS y XRD demostraron que el Cu ₂ O-TiO ₂ La heterounión NTA se fabricó con éxito mediante el método de descomposición térmica, y las muestras mostraron una absorción de luz visible mejorada.

un Espectros UV-vis del Cu ₂ O-TiO ₂ Los NTA y la absorción se expanden al rango de luz visible y aumentan con la cantidad de carga de Cu ₂ O. b Cinética de degradación fotocatalítica de luz visible de MO tratado por las películas de heterounión con diferentes Cu ₂ O contenido. Cuando la magnitud de la decoración de Cu ₂ O en TiO ₂ Los NTA aumentaron, la eficiencia de descomposición de MO bajo irradiación de luz visible aumentó. La muestra S0 se refiere a TiO ₂ puro película y la muestra S1-S5 fueron las muestras sumergidas en Cu (Ac) ₂ solución con concentraciones de 0.05, 0.1, 0.2, 0.3 y 4 mol / L, respectivamente

Actividades fotocatalíticas, una de las propiedades más importantes del Cu ₂ O-TiO ₂ Las películas de NTA se evaluaron mediante la degradación de la solución acuosa de MO. La cinética de degradación fotocatalítica de luz visible se muestra en la Fig. 6b. La tasa de degradación de MO fue proporcional a la cantidad de carga de Cu ₂ O aproximadamente. Cuanto más Cu ₂ Se cargaron partículas de O en TiO ₂ NTA, el MO más rápido se degradaba. La muestra S1 degradó el MO al 91,0% en 3 h bajo irradiación de luz visible, mientras que la muestra S4 degradó el MO al 86,4% en 3 h en las mismas condiciones. La tasa de degradación de MO representó la actividad fotocatalítica de las muestras. En comparación con la tasa de degradación fotocatalítica del ~ 2.73% de CdTe-TiO ₂ por un método de electrodeposición de pulsos [29], ~ 45% de Bi ₂ O ₃ mediante una técnica de adsorción y reacción de capa iónica sucesiva asistida por ultrasonidos (SILAR) [32], y ~ 27,25% de Cu ₂ O por un método de voltamperometría de onda cuadrada [33], la fotoactividad de este Cu ₂ sintetizado O-TiO ₂ muestra fue mejorable. Sin embargo, como una nueva estrategia fácil, todavía conducía a mejorar el método de fabricación. Cuando el Cu ₂ O la cantidad de carga aumentó, hubo una tendencia a que la actividad fotocatalítica de nuestro Cu ₂ sintetizado O-TiO ₂ Aumentaron las películas de heterounión NTA. Indicaba el Cu ₂ El contenido de O tuvo una influencia positiva de la actividad fotocatalítica de la luz visible. TiO ₂ en sí mismo solo respondió al ultravioleta, y la capacidad fotocatalítica del rango de luz visible debería provenir de la decoración de Cu ₂ O. Como se muestra en la Fig. 7, la parte inferior de la banda de conducción de Cu ₂ O era un poco más alto que el de TiO ₂ , mientras que la parte superior de la banda de valencia de Cu ₂ O era más alto que el de TiO ₂ . Entonces, los electrones fotoinducidos se excitaron a la banda de conducción de Cu ₂ O y luego transferido a la banda de conducción de TiO ₂ . Como semiconductor de espacio directo, el vector de onda de Cu ₂ O era igual en la parte inferior de la banda de conducción y en la parte superior de la banda de valencia. Significaba que solo se requerían los cambios de energía, en lugar de los cambios de impulso. Esta estructura de bandas de energía condujo a la situación de que los portadores se recombinaban fácilmente. Sin embargo, debido a la ayuda de la estructura de heterounión, los electrones fotogenerados en Cu ₂ O transferido a TiO ₂ NTA que suprimieron la recombinación de pares de electrones / huecos. Cuanto más tiempo existían los pares, más fácilmente se producían los ROS que traían esta actividad fotocatalítica. Como más Cu ₂ O cargado en TiO ₂ NTA, la heterounión fabricada mejor. Y se promovió la capacidad fotocatalítica. Entonces, el Cu ₂ El contenido de O mostró una influencia positiva de la actividad fotocatalítica de la luz visible. Sin embargo, un mayor aumento de Cu ₂ El contenido de O y la capacidad fotocatalítica son limitados debido a la solubilidad del Cu (Ac) ₂ en solución acuosa que era de 7,2 g (0,36 mol / L) a temperatura ambiente. Y muestrear S5 con Cu (Ac) ₂ La concentración de 4.0 mol / L se prepara mediante un proceso de inmersión cíclica descrito en el archivo adicional 1, la parte de Detalles experimentales. La degradación fotocatalítica del MO siguió una cinética de pseudo-primer orden [42] y la reacción cinética podría expresarse como:

$$ {A} _t ={A} _0 {e} ^ {- kt} $$ (4)

Estructura de banda prohibida de Cu ₂ O y TiO ₂ antes (izquierda) y después (derecha) del contacto. Cuando el Cu ₂ O-TiO ₂ se forma la heterounión, los pares de electrones / huecos se fotogeneran en Cu ₂ O podría transferir a TiO ₂ NTA

Si bien nuestra curva de degradación mostró casi una línea recta, no es una función exponencial. Por lo tanto, todavía había margen de mejora. Y el límite de solubilidad podría romperse mediante el método de inmersión repetida que mencionamos antes, con una mayor investigación del Cu (Ac) ₂ tiempos de concentración y repetición para evitar efectos adversos. En este estudio, como este método de descomposición térmica era lo que nos preocupaba y tratamos de ilustrar, simplemente tomamos 0.3 mol / L (cerca de la solubilidad de 0.36 mol / L) como la concentración máxima de Cu (Ac) ₂ solución. Y la actividad fotocatalítica en el rango de luz visible de nuestra heterounión sintetizada fue confirmada por los resultados de la degradación de MO. Nuestro estudio anterior encontró que Degussa P25 tenía actividades fotocatalíticas ultravioleta similares con TiO ₂ NTA, cuando la potencia P25 se colocó sobre un sustrato de vidrio [28]. Se puede concluir que hemos preparado con éxito Cu ₂ O-TiO ₂ Películas de heterounión NTA con actividades fotocatalíticas de luz visible.

Conclusiones

En resumen, hemos preparado con éxito el Cu ₂ O-TiO ₂ Películas de heterounión NTA mediante un simple proceso de descomposición térmica. Los resultados de SEM, EDS y XRD muestran que TiO ₂ Se cargaron NTA con un diámetro de tubo de ~ 100 nm mediante Cu ₂ O nanopartículas con un tamaño medio de ~ 50 nm. El TiO ₂ anódico Las NTA funcionaban como "nanocontenedores" y "nano-reactores" para cargar y sintetizar el Cu ₂ de banda estrecha. O nanopartículas, que no se ha informado antes. Los espectros UV-vis indican que el rango de absorción del TiO ₂ Las NTA se expandieron del rango ultraviolento al rango de luz visible, debido a la carga de Cu ₂ O. Las pruebas fotocatalíticas indicaron que había una actividad fotocatalítica de luz visible del Cu ₂ sintetizado O-TiO ₂ heterounión. Las capacidades fotocatalíticas del Cu ₂ O-TiO ₂ Se encontró que las películas de heterounión NTA aumentaron con Cu ₂ Contenido de O de 0.05 a 0.3 mol / L. Nuestro trabajo actual ha demostrado un método novedoso y sencillo para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Películas de heterounión NTA, que también podrían ser prometedoras para áreas relacionadas con el medio ambiente y la energía.