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Fabricación de heteroestructuras de esquema Z Ag3PO4 / TiO2 para mejorar la actividad fotocatalítica visible

Resumen

En este artículo, un estudio sintético del compuesto Ag 3 PO 4 / TiO 2 Se lleva a cabo el fotocatalizador, sintetizado mediante un método simple de dos pasos. En esta investigación se adoptaron herramientas de caracterización complementarias como difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido, microscopía electrónica de transmisión, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, espectroscopía de rayos X de dispersión de energía, espectroscopía de fotoelectrones de rayos X y espectroscopía de reflectancia difusa UV-vis. . Los resultados mostraron que se puede observar una morfología muy cristalina y buena. En el experimento de rendimiento fotocatalítico, TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 muestra la mejor actividad fotocatalítica y la tasa de degradación fotocatalítica alcanzó casi el 100% después de iluminar durante 25 min. La constante de velocidad de reacción de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 es el más grande, que es 0.02286 min −1 , el doble que Ag 3 PO 4 y 6,6 veces mayor que el valor mínimo de TiO 2 400. El efecto de degradación del TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 muestra una buena estabilidad después de reciclar el fotocatalizador cuatro veces. Los experimentos de captura de las especies catalíticas activas revelan que los factores principales son los huecos (h + ) y aniones superóxido (O · - 2), mientras que el radical hidroxilo (· OH) juega parcialmente degradación. Sobre esta base, una Z -mecanismo de reacción del esquema de Ag 3 PO 4 / TiO 2 Se propone una estructura heterogénea y se expone su mecanismo de degradación.

Antecedentes

Los fotocatalizadores de semiconductores han atraído un interés creciente debido al uso extensivo en la degradación de contaminantes orgánicos y las células solares [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Como representante de los fotocatalizadores basados ​​en semiconductores, TiO 2 ha sido ampliamente investigado debido a sus excelentes propiedades físico-químicas [7, 8]. Sin embargo, el TiO 2 puro El fotocatalizador tiene ciertas desventajas en aplicaciones prácticas, como su amplia banda prohibida (3,2 eV para anatasa y 3,0 eV para rutilo), que conduce a una respuesta visible deficiente.

Un compuesto a base de plata como Ag 2 O, AgX (X =Cl, Br, I), Ag 3 PO 4 , Ag 2 CrO 4 , se han utilizado recientemente para aplicaciones fotocatalíticas [9,10,11,12]. Entre otros, el ortofosfato de plata (Ag 3 PO 4 ) ya ha atraído la atención de muchos investigadores porque Ag 3 PO 4 tiene una banda prohibida de 2,45 eV y una fuerte absorción a menos de 520 nm. El rendimiento cuántico de Ag 3 PO 4 es superior al 90%. Es un buen fotocatalizador de luz visible. Sin embargo, debido a la formación de Ag 0 en la superficie del catalizador (4Ag 3 PO 4 + 6H 2 O + 12h + + 12e - → 12Ag 0 + 4H 3 PO 4 + 30 2 ) durante la reacción fotocatalítica, la reutilización de Ag 3 PO 4 es un problema importante. Por lo tanto, es una práctica común reducir la corrosión fotocatalítica de Ag 3 PO 4 y asegurar una buena actividad catalítica de Ag 3 PO 4 . Con base en la precedencia de la literatura, se sabe que la combinación puede mejorar eficazmente el rendimiento fotocatalítico de ambos materiales semiconductores. Después de la composición, se refuerza el efecto de separación de electrones y huecos fotogenerados, lo que contribuye a mejorar la actividad fotocatalítica de los materiales compuestos. Numerosos investigadores han investigado heterouniones como Bi 2 O 3 -Bi 2 WO 6 , TiO 2 / Bi 2 WO 6 , ZnO / CdSe y Ag 3 PO 4 / TiO 2 [2, 13,14,15]. En comparación con los fotocatalizadores monofásicos, los fotocatalizadores de heterounión pueden expandir el rango de respuesta a la luz al acoplar materiales de estructura electrónica combinados. Y debido al efecto sinérgico entre los componentes, la carga se puede transferir de muchas formas para mejorar aún más la actividad fotocatalítica de heterounión.

Según el análisis anterior, Ag 3 PO 4 Se diseñaron compuestos semiconductores basados ​​en efectos de mejora sinérgica para mejorar los defectos de recombinación del portador y Ag 3 PO 4 compuestos de semiconductores basados ​​en el rendimiento catalítico. En este documento, TiO 2 de tamaño nanométrico se preparó por el método solvotermal, y luego las nanopartículas de TiO 2 400 se depositaron en la superficie de Ag 3 PO 4 a temperatura ambiente para obtener TiO 2 / Ag 3 PO 4 composicion. La actividad fotocatalítica de TiO 2 / Ag 3 PO 4 compuesto se probó con colorante RhB (rodamina B).

Métodos

Preparación hidrotermal de TiO 2 de tamaño nanométrico

Se añadieron 0,4 g de P123 a una solución mixta que contenía 7,6 ml de etanol absoluto y 0,5 ml de agua desionizada y se agitó hasta que P123 se disolvió por completo. La solución clarificada se etiquetó como solución A. Luego, se preparó una solución mixta que contenía 2,5 ml de titanato de butilo (TBOT) y 1,4 ml de ácido clorhídrico concentrado (12 mol / L) y se marcó como solución B. La solución B se añadió gota a gota a la solución A. Después de agitar durante 30 min, se añadieron 32 ml de etilenglicol (EG) a la solución y se agitó durante 30 min. Luego, la solución se colocó en horno, a 140 ° C, alta temperatura y alta presión durante 24 h. Enfriamiento natural, lavado centrífugo, separación, recogida de sedimentos y secado en estufa a 80 ° C durante 8 h. La precipitación blanca se calcinó en un horno de mufla a diferentes temperaturas (300 ° C, 400 ° C, 500 ° C) y se marcó como en espera de TiO 2 300, TiO 2 400 y TiO 2 500, respectivamente.

Preparación de TiO 2 / Ag 3 PO 4 Fotocatalizador

El 0,1 g de TiO 2 Se añadió polvo a la solución de nitrato de plata de 30 ml que contenía 0,612 g de AgNO 3 y luego tratado por ultrasonido durante 30 minutos para producir TiO 2 dispersa uniformemente. Agregamos una solución de 30 ml que contenía 0,43 g de Na 2 HPO 4 .12H 2 O y se agitó durante 120 min a temperatura ambiente. Por centrifugación, limpieza con agua desionizada y etanol anhidro, los precipitados se separaron, recogieron y secaron a 60 ° C. Los productos se denominaron TiO 2 300 / Ag 3 PO 4 , TiO 2 400 / Ag 3 PO 4, y TiO 2 500 / Ag 3 PO 4 , respectivamente. Ag 3 PO 4 se preparó sin agregar TiO 2 en las mismas condiciones que el proceso anterior.

Caracterización

Los patrones de difracción de rayos X (XRD) de las muestras resultantes se realizaron en un difractómetro de rayos X D / MaxRB (Japón), que tiene un Cu-Ka de 35 kV con una velocidad de escaneo de 0.02 ° s −1 , que van de 10 a 80 °. Se utilizó microscopía electrónica de barrido (SEM), JEOL, JSM-6510 y ensamblaje de microscopía electrónica de transmisión (TEM) JSM-2100 con espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX) para estudiar su morfología a un voltaje de aceleración de 10 kV. La información de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) se recopiló utilizando un espectrómetro de electrones ESCALAB 250 bajo radiación Cu Kα de 300 W. La presión básica fue de aproximadamente 3 × 10 −9 mbar, combinar para hacer referencia a la línea C1s en el carbono amorfo 284,6 eV.

Medida de actividad fotocatalítica

El rendimiento fotocatalítico de TiO 2 / Ag 3 PO 4 Los catalizadores se probaron utilizando la fotodegradación de RhB en solución acuosa como objeto de investigación. Se mezclaron cincuenta miligramos del fotocatalizador con 50 ml de solución acuosa de RhB (10 mg L −1 ) y se agita en la oscuridad durante un cierto tiempo antes de la iluminación para asegurar el equilibrio de adsorción. En el proceso de reacción, se utiliza agua de refrigeración para mantener constante la temperatura del sistema a temperatura ambiente. Una lámpara de xenón de 1000 W proporciona iluminación para simular la luz visible. Se utilizó el espectrofotómetro LAMBDA35 UV / Vis para caracterizar la concentración ( C ) cambio de solución de RhB en λ =553 nm. La tasa de decoloración se indica en función del tiempo frente a C t / C 0 . Donde C 0 es la concentración antes de la iluminación y C t es la concentración después de la iluminación. Se recogieron los catalizadores usados ​​para detectar la estabilidad del ciclo de los catalizadores. El experimento se repitió cuatro veces.

Resultados y discusión

El análisis XRD se utiliza para determinar la estructura de fase y el tipo cristalino de catalizador. Los espectros XRD de los catalizadores preparados se muestran en la Fig.1, incluido el TiO 2 400, Ag 3 PO 4 , TiO 2 / Ag 3 PO 4 , TiO 2 300 / Ag 3 PO 4 , TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 y TiO 2 500 / Ag 3 PO 4 . Se puede obtener de la figura que la estructura cristalina de TiO 2 400 es anatasa (JCPDS No. 71-1166). En los espectros XRD de Ag 3 PO 4 , los picos de difracción ubicados en 20,9 °, 29,7 °, 33,3 °, 36,6 °, 47,9 °, 52,7 °, 55,1 °, 57,4 °, 61,7 ° y 72,0 ° pertenecen a los picos característicos de (110), (200), (210), (211), (310), (222), (320), (321), (400) y (421) planos de Ag 3 PO 4 (JCPDS No. 70-0702), respectivamente. Los fotocatalizadores compuestos sintetizados mostraron picos característicos consistentes con TiO 2 y Ag 3 PO 4 , y los picos característicos de TiO 2 fueron 25,3 ° en el compuesto TiO 2 , TiO 2 300 / Ag 3 PO 4 , TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 , TiO 2 500 / Ag 3 PO 4 , que era consistente con la temperatura de calcinación de TiO 2 aumenta, la cristalinidad de TiO 2 se vuelve más alto.

Los patrones XRD de las muestras preparadas

La Figura 2 muestra los diagramas SEM, TEM y EDX de los catalizadores de TiO 2 400, Ag 3 PO 4 y TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 . La figura 2a es la nanoestructura esférica TiO 2 400 preparado por método solvotermal con un diámetro que varía de 100 a 300 nm. La figura 2b es el Ag 3 PO 4 cristal de estructura hexaédrica regular. Su tamaño de partícula varía de 0,1 a 1,5 μm y tiene una superficie bastante lisa. La Figura 2c es la imagen SEM del compuesto TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 . Se puede ver que las nanopartículas de TiO 2 400 se depositan en la superficie de Ag 3 PO 4 . La morfología del TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 se exploró en mayor profundidad con TEM y el diagrama TEM de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 se muestra en la Fig. 2d. Se puede observar que el TiO 2 de tamaño nanométrico de 200 nm las partículas se adhieren a la superficie de Ag 3 PO 4 . La Figura 2e es el HRTEM de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 . Se puede fundar que TiO 2 las partículas están estrechamente unidas a Ag 3 PO 4 y el espaciado de celosía de TiO 2 400 y Ag 3 PO 4 son 0.3516 y 0.245 nm, respectivamente, correspondientes a (101) y (211) superficies de TiO 2 y Ag 3 PO 4 . La figura 2f es el diagrama EDX de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 . Se puede ver que la muestra consta de cuatro elementos:Ti, O, Ag y P. El pico de difracción obvio del elemento de cobre es producido por la fuente de excitación EDX, Cu Ka. EDX confirmó los elementos químicos correspondientes de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 . En conclusión, se puede juzgar claramente que TiO 2 se carga en la superficie de Ag 3 PO 4 cristales en forma granular y tiene una buena morfología de hexaedro.

Imágenes SEM de fotocatalizadores preparados: a TiO 2 400, b Ag 3 PO 4 , c TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 , d Imagen TEM de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 , e Imagen HRTEM de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 y f patrón EDX correspondiente de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4

El producto de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) se investiga en la Fig. 3. La Figura 3a es el espectro XPS de estudio del producto. Ti, O, Ag, P y C se pueden observar cinco elementos en el gráfico, de los cuales C es la base, lo que implica que el compuesto coexistió con TiO 2 y Ag 3 PO 4 . La Figura 3b es el espectro de alta resolución de Ag 3d. Los dos picos principales se centraron en la energía de enlace 366,26 eV y 372,29 eV, asignándose a Ag 3d5 / 2 y Ag 3d3 / 2, respectivamente. Muestra que Ag es principalmente Ag + en el fotocatalizador de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 [dieciséis]. La Figura 3c muestra el pico XPS de P 2p, que corresponde a P 5+ en el PO 4 3+ estructura a 131,62 eV. Dos picos ubicados en 457.43 eV y 464.58 eV pueden atribuirse a Ti 2p3 / 2 y Ti 2p1 / 2 en el espectro XPS del orbital Ti 2p (Fig. 3d). La Figura 3e es el XPS de O 1s. El pico completo se puede dividir en tres picos característicos, 528,9 eV, 530,2 eV y 532,1 eV. Los picos a 528,9 eV y 530,2 eV se atribuyen al oxígeno en Ag 3 PO 4 y TiO 2 celosías, respectivamente. Los picos a 532,1 eV indican hidroxilos o el oxígeno adsorbido en la superficie de TiO 2 / Ag 3 PO 4 . Los resultados del análisis de XPS demuestran además que Ag 3 PO 4 y TiO 2 se han agravado.

Espectro XPS de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 : a exploración de búsqueda, b Ag 3d, c P 2p, d Ti 2p y e O1s

Los espectros de absorción de reflectancia difusa UV-Vis de los catalizadores de TiO 2 400, Ag 3 PO 4 y TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 se exhiben en la Fig. 4a. Puede verse en la figura que las longitudes de onda de corte de absorción óptica de TiO 2 400 y Ag 3 PO 4 son 400 y 500 nm, respectivamente. Cuando Ag 3 PO 4 se carga en TiO 2 400, el rango de absorción de luz del compuesto se amplía obviamente a 500-700 nm, lo que indica que hay interacción entre Ag 3 PO 4 y TiO 2 400 en el sistema compuesto de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 , y el mecanismo necesita más estudio. Ancho de banda de Ag 3 PO 4 , TiO 2 400 y TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 catalizadores se calcula con la fórmula de Kubelka-Munk [17]:

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

TiO 2 400, Ag 3 PO 4 y TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 catalizadores: a UV-Vis DRS, b parcelas de ( α hv) 1/2 versus energía (hv)

donde A , hv, c y Eg son el coeficiente de absorción, la energía del fotón incidente, la constante de absorción y la energía de la banda prohibida, respectivamente. El valor de n para semiconductores directos es 1/2, y para semiconductores indirectos es 2. Anatasa TiO 2 y Ag 3 PO 4 son semiconductores indirectos, entonces n toma 2.

Las parcelas que representan ( α hv) 1/2 versus la energía del fotón incidente (hv) de la Fig. 4b indica los diagramas de energía de banda prohibida (Ej.) de Ag 3 PO 4 , TiO 2 400 y TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 los catalizadores son 2,45 eV, 3,1 eV y 2,75 eV, respectivamente. Esto prueba además que TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 es un buen fotocatalizador de luz visible con un ancho de banda prohibida adecuado y capacidad de captura de luz visible.

Degradación fotocatalítica de RhB por TiO 2 400, Ag 3 PO 4 , TiO 2 300 / Ag 3 PO 4 , TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 y TiO 2 500 / Ag 3 PO 4 fue investigado en la Fig. 5a. Los resultados mostraron que el TiO puro 2 400 tuvo el peor efecto fotocatalítico y la tasa de degradación fotocatalítica fue solo del 30% en 25 minutos. La eficiencia de degradación fotocatalítica del Ag 3 puro PO 4 fue del 69% después de 25 min de irradiación. La tasa de degradación fotocatalítica de TiO 2 300 / Ag 3 PO 4 alcanzó el 40% después de 25 min. La tasa de degradación fotocatalítica de TiO 2 500 / Ag 3 PO 4 fue del 80% después de 25 min de irradiación. La mejor actividad fotocatalítica fue TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 , y el 100% de RhB se descompuso después de 25 minutos de iluminación.

un Efectos de diferentes catalizadores sobre la degradación fotocatalítica de RhB bajo luz visible. b Gráficos de ajuste cinético de primer orden de degradación fotocatalítica de RhB con diferentes catalizadores. c Ciclos de ciclos de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 . d Experimentos de captura de especies activas

La Figura 5b estudió el modelo cinético de degradación fotocatalítica de RhB. De la figura, se siguió la fotodegradación de RhB una cinética de pseudoprimer orden y la constante de velocidad de reacción ( k ) se calculó con la pendiente de las curvas de ajuste. La constante de velocidad de reacción ( k ) Los valores de cada muestra se muestran en la Tabla 1. Las constantes de velocidad de reacción de TiO 2 400, Ag 3 PO 4 , TiO 2 300 / Ag 3 PO 4 , TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 y TiO 2 500 / Ag 3 PO 4 fueron 0,00345 min −1 , 0,01148 min −1 , 0,00525 min −1 , 0,02286 min −1 y 0,01513 min −1 , respectivamente. La muestra TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 tiene la constante de velocidad de reacción más grande, que es 0.02286 min −1 , el doble que Ag 3 PO 4 y 6,6 veces mayor que el valor mínimo de TiO 2 400. Esto indica que la combinación de Ag 3 PO 4 y TiO 2 puede contribuir en gran medida a la mejora de Ag 3 PO 4 actividad fotocatalítica.

La Figura 5c es el resultado de la prueba de estabilidad de cuatro veces la degradación de la solución de RhB mediante el reciclaje de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 . El efecto de degradación del TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 muestra buena estabilidad en cuatro tiempos de reciclaje, y en el experimento del cuarto ciclo, el efecto de degradación del TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 fue ligeramente superior a la del tercer ciclo. Esto puede deberse a la formación de material compuesto entre Ag 3 PO 4 y TiO 2 para acelerar la transferencia de pares de electrones-huecos fotogenerados y la formación in situ de una pequeña cantidad de Ag en Ag 3 PO 4 durante la fotocatálisis para inhibir una mayor foto-corrosión.

Los resultados de TiO 2 / Ag 3 PO 4 los factores de captura se muestran en la Fig. 5d. Después de la adición del agente de captura IPA, la actividad de degradación disminuyó parcialmente. Cuando se agregaron BQ y TEOA, el grado de degradación de RhB disminuyó significativamente, incluso cerca de 0. Por lo tanto, podemos inferir que los factores principales son los huecos (h + ) y aniones superóxido (O · - 2), mientras que el radical hidroxilo (· OH) juega parcialmente degradación.

En el Esquema 1 se propuso un posible mecanismo de degradación fotocatalítica de esquema Z para expandir la degradación fotocatalítica de RhB por TiO 2 / Ag 3 PO 4 basado en experimentos de captura y fotodegradación de radicales libres. La banda prohibida de Ag 3 PO 4 es 2,45 eV y su E CB y E VB los potenciales son aproximadamente 0,45 eV y 2,9 eV (frente a NHE) [18], respectivamente. Como se muestra en el Esquema 1, bajo irradiación de luz visible, Ag 3 PO 4 es estimulado por fotones con energía mayor que su banda prohibida para producir pares de electrones y huecos fotogenerados. Los agujeros que quedan en la banda de valencia de Ag 3 PO 4 migrado a la banda de valencia de TiO 2 y luego participó directamente en el proceso de oxidación y descomposición de RhB, que se adsorbió en la superficie de TiO 2 . Al mismo tiempo, durante la migración de agujeros fotogenerados, el H 2 O y OH - adsorbido en la superficie compuesta también se puede oxidar para formar · OH, y el · OH altamente oxidante puede oxidar y degradar aún más los contaminantes. Esto se debe principalmente a la energía de los huecos en la banda de valencia de Ag 3 PO 4 que es 2.9 eV, mayor que la energía potencial de reacción del OH - / OH (E (OH - / OH) =1,99 eV (frente a NHE)). Sin embargo, el potencial de conducción de Ag 3 PO 4 es de 0,45 eV, la energía de los electrones fotogenerados es de 0,45 eV y la energía de activación del oxígeno de un solo electrón es E (O 2 / O · - 2) =0,13 eV (frente a NHE). Los electrones fotogenerados en Ag 3 PO 4 La banda de conducción no puede ser capturada por oxígeno disuelto. Con la acumulación de electrones fotogenerados en Ag 3 PO 4 banda conductora, se ha formado una pequeña cantidad de nanopartículas de Ag debido a la corrosión fotocatalítica de Ag 3 PO 4 fotocatalizador. Las nanopartículas de Ag formadas también pueden ser estimuladas por energía luminosa para formar pares de electrones y huecos fotogenerados. Luego, los electrones migraron a la banda de conducción de TiO 2 , mientras que los agujeros que quedan en las nanopartículas de Ag se pueden combinar con los electrones fotogenerados generados en la banda de conducción de Ag 3 PO 4 , evitando así la corrosión adicional de Ag 3 PO 4 fotocatalizador. Debido a la banda prohibida de TiO 2 es de 3,1 eV, no se puede excitar bajo luz visible y el E CB y E VB son ca. - 0,24 eV y 2,86 eV (frente a NHE), respectivamente. Electrones inyectados en TiO 2 La banda de conducción puede degradar los contaminantes atrapando el oxígeno adsorbido en el TiO 2 superficie. Esto se debe principalmente a la E CB =- 0,24 eV (frente a NHE), que es más negativo que E (O 2 / O · - 2) =0,13 eV (frente a NHE). Los resultados están de acuerdo con los experimentos de captura. Los factores principales son los huecos (h + ) y aniones superóxido (O · - 2), mientras que el radical hidroxilo (· OH) juega parcialmente degradación.

Ilustración esquemática del mecanismo fotocatalítico de TiO 2 / Ag 3 PO 4

Basándose en la discusión anterior, la reacción de degradación del TiO 2 / Ag 3 PO 4 se expresa mediante la ecuación química de la siguiente manera:

Generación de pares de agujeros de fotoelectrones:

$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4+ \ mathrm {hv} \ to {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) $$$$ {\ mathrm {Ag}} ^ {+} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) \ to \ mathrm {Ag} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$$$ \ mathrm {Ag} + \ mathrm {hv} \ to \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ derecha) $$

Migración y transformación de pares de electrones huecos fotogenerados:

$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + \ mathrm {Ti} {\ mathrm { O}} _ 2 \ to \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) \ to \ mathrm {Ag} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O} } _4 $$$$ \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ to \ mathrm {Ti} { \ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} $$$$ \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ( {\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + {\ mathrm {O}} _ 2 \ to {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ cdotp -} + \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O }} _ 2 $$$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) +0 {\ mathrm {H}} ^ {-} \ to \ mathrm {OH} \ cdotp + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$

Degradación de contaminantes:

$$ \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + \ mathrm {RhB} \ to \ mathrm {Degradación} \ \ mathrm {producto } + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} $$$$ {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ cdotp -} + \ mathrm {RhB} \ to \ mathrm {Degradación} \ \ mathrm {producto} + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} $$$$ \ mathrm {OH} \ cdotp + \ mathrm {RhB } \ to \ mathrm {Degradación} \ \ mathrm {producto} + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} + {\ mathrm {Cl}} ^ {-} $ $

Conclusiones

En resumen, una investigación exhaustiva del compuesto Ag 3 PO 4 / TiO 2 Se presenta el fotocatalizador, preparado mediante un método simple de dos pasos. Herramientas de caracterización complementarias como difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HR-TEM), espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX), X En este estudio se utilizaron espectroscopía de fotoelectrones de rayos ultravioleta (XPS) y espectroscopía de reflectancia difusa UV-vis (DRS). Los resultados mostraron que el compuesto Ag 3 PO 4 / TiO 2 El fotocatalizador es muy cristalino y tiene una buena morfología. Para Ag 3 PO 4 / TiO 2 degradación de RhB, TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 muestra la mayor actividad fotocatalítica. Después de 25 minutos de reacción, la tasa de degradación fotocatalítica alcanzó casi el 100%. La constante de velocidad de reacción de TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 es 0.02286 min −1 , que es el doble que Ag 3 PO 4 y 6,6 veces mayor que el valor mínimo de TiO 2 400. El TiO 2 400 / Ag 3 PO 4 también presenta una buena estabilidad después de cuatro reciclados. Las principales especies catalíticas activas son los huecos (h + ) y aniones superóxido (O · - 2), mientras que el radical hidroxilo (· OH) juega parcialmente la degradación de los experimentos de captura. Además, un mecanismo de reacción de esquema Z de Ag 3 PO 4 / TiO 2 Se propone una estructura heterogénea para explicar el mecanismo de degradación de RhB. La acumulación de electrones fotogenerados en Ag 3 PO 4 la banda conductora provoca el fotograbado de Ag 3 PO 4 fotocatalizador para formar una pequeña cantidad de nanopartículas de Ag, en consecuencia, acelerando la transferencia de electrones fotogenerados en el Ag 3 PO 4 banda de conducción, evitando así más Ag 3 PO 4 Corrosión del fotocatalizador.

Disponibilidad de datos y materiales

Los autores declaran que los materiales y la fecha están disponibles de inmediato para los lectores sin calificaciones indebidas en los acuerdos de transferencia de material. Todos los datos generados en este estudio se incluyen en este artículo.

Abreviaturas

BQ:

p -benzoquinona

DRS:

Espectroscopia de reflectancia difusa UV-vis

EDX:

Espectrómetro de rayos X de dispersión de energía

HR-TEM:

Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución

IPA:

Isopropanol

RhB:

Rodamina B

SEM:

Microscopía electrónica de barrido

TEM:

Microscopía electrónica de transmisión

TEOA:

Trietanolamina

XPS:

Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X

XRD:

Difracción de rayos X


Nanomateriales

  • Metal
  • Resina
  • fibra
  • Material compuesto
  • Nanomateriales
  • Materiales poliméricos
  • Biologicos
  • Teñir
  • Especias

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    2. Síntesis hidrotermal de nanopartículas de In2O3, gemelos híbridos, discos hexagonales, heteroestructuras de ZnO para mejorar las actividades fotocatalíticas y la estabilidad
    3. Rendimiento fotocatalítico de luz visible de nanocompuestos de ZnO / g-C3N4 dopado con N
    4. Un nuevo fotocatalizador de heterounión Bi4Ti3O12 / Ag3PO4 con rendimiento fotocatalítico mejorado
    5. Efectos sinérgicos de nanopartículas de Ag / BiV1-xMoxO4 con actividad fotocatalítica mejorada
    6. Actividad fotocatalítica de nanocompuesto ternario de atapulgita-TiO2-Ag3PO4 para la degradación de rodamina B bajo irradiación solar simulada
    7. Fabricación y propiedad fotocatalítica de nuevos nanocompuestos SrTiO3 / Bi5O7I
    8. Fabricación de heteroestructuras jerárquicas de núcleo-capa de ZnO @ NiO para un rendimiento fotocatalítico mejorado
    9. Síntesis fácil y actividad fotocatalítica de luz visible mejorada de nuevos compuestos de heterounión p-Ag3PO4 / n-BiFeO3 para la degradación del tinte
    10. Películas de nanotubos de TiO2 sensibilizadas Bi2Se3 para protección catódica fotogenerada de acero inoxidable 304 bajo luz visible
    11. Propiedades fotocatalíticas sensibles a la luz visible mejoradas de los compuestos de nanohojas Ag / BiPbO2Cl