Photokatalytische Aktivität des ternären Nanokomposits Attapulgit–TiO2–Ag3PO4 für den Abbau von Rhodamin B unter simulierter Sonneneinstrahlung

Hintergrund

Der Abbau organischer Schadstoffe ist ein kritischer Prozess zur Beseitigung der Umweltverschmutzung. Fujishimaet al. berichtete 1972, dass TiO₂ hat die Fähigkeit, Sonnenenergie zur Wasserspaltung und Wasserstofferzeugung zu nutzen [1]. Seitdem hat sich die photokatalytische Technologie auf Halbleiterbasis zu einem vielversprechenden und dennoch effektiven Ansatz zur Beseitigung der Umweltverschmutzung entwickelt. In den letzten Jahrzehnten wurden eine Reihe von Halbleitern wie TiO₂ , Ag₃ PO₄ , BiVO₄ , WO₃ , und g-C₃ N₄ , wurden ausführlich für die photokatalytische Anwendung untersucht [2]. Darunter TiO₂ hat aufgrund seiner guten chemischen Stabilität, seiner Nicht-Photokorrosion, seiner geringen Kosten und seiner Ungiftigkeit große Aufmerksamkeit erhalten. Aufgrund seiner großen Bandlücke (3,2 eV) und der fehlenden Absorption von sichtbarem Licht ist TiO₂ . jedoch weist eine geringe photokatalytische Effizienz auf. Die Anwendung von TiO₂ -basierte Photokatalysatoren wurden dadurch stark behindert.

Die Photokatalysatoren wie Ag₃ PO₄ [3], Bi2MoO₆ [4], WO₃ [5] und g-C₃ N₄ [6], können bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht eine hohe Effizienz aufweisen und haben daher umfangreiche Forschungsanstrengungen erfordert. Ye et al. berichteten, dass Silberorthophosphat (Ag₃ PO₄ ) zeigte viel stärkere photooxidative Fähigkeiten und eine höhere Effizienz für den photokatalytischen Abbau [3] als die meisten anderen bekannten Photokatalysatoren wie WO₃ [5] und BiVO₄ [7]. Die photokatalytische Stabilität von Ag₃ PO₄ könnte durch die Photoreduktion von Ag ⁺ . verschlechtert werden in metallisches Ag. Die geringe Photostabilität und die hohen Kosten von Ag₃ PO₄ betreffen Fragen, die seine photokatalytischen Anwendungen einschränken werden. In diesem Zusammenhang ist Ag₃ PO₄ -basierte Komposit-Photokatalysatoren wurden mit dem Ziel untersucht, ihre Photostabilität und Photokatalyse zu verbessern, wie TiO₂ /Ag₃ PO₄ [8], Ag₃ PO₄ /Graphen [9] und Ag₃ PO₄ /Ag/WO_3-x [10].

Attapulgit (ATP) ist eine Art stäbchenförmiges, faserhydratisiertes nichtmetallisches Magnesium-Aluminium-Silikat-Mineral, das bemerkenswerte physikalische und chemische Eigenschaften wie austauschbare Kationen, Wasseraufnahme, Adsorptionsverfärbung und große spezifische Oberfläche aufweist [11]. ATP gilt daher als idealer Katalysatorträger mit Stabmorphologie und seine große Oberfläche ist von Vorteil für die Aufnahme von Katalysator und Schadstoffen. Obwohl Ag₃ PO₄ - und TiO₂ -basiert und Attapulgit/Ag₃ PO₄ binäre Komposit-Photokatalysatoren wurden berichtet, ternäre Kompositmaterialien auf Attapulgit-Basis wurden selten untersucht.

In dieser Arbeit wird das ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäre Komposite wurden durch ein einfaches zweistufiges Verfahren zur Verbesserung der Photostabilität und Photokatalyse von Ag₃ . synthetisiert PO₄ und Unterdrücken des Verbrauchs von Edelmetall Ag. Die Kristallstruktur und Mikrostruktur neuartiger ternärer Komposite wurden durch XRD bzw. SEM charakterisiert, während ihre photokatalytische Aktivität und Stabilität durch den Abbau des organischen Farbstoffs Rhodamin B (RhB) unter simulierter Sonneneinstrahlung gemessen wurden. Dieses ternäre Komposit weist eine höhere photokatalytische Effizienz als reines Silberphosphat und eine ausgezeichnete photokatalytische Stabilität auf.

Experimenteller Abschnitt

Materialien

ATP-Nanofasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 100 nm und einer durchschnittlichen Länge von weniger als 1 μm (Abb. 1) wurden von Jiangsu Qingtao Energy Science and Technology Co., Ltd. RhB (AR), EDTA-Dinatriumsalz-Dehydrat (GR, 99 %), tert-Butanol (GR, ≥ 99,5%), Stearyltrimethylammoniumchlorid (STAC, 98%), Silbernitrat (AR) und Dinatriumdihydrogenphosphathydrat (Na₂ .) HPO₄ ·12H₂ O, AR, 99%) wurden von Macklin bezogen. Titanoxid, Anatas (Nanopulver, 5–10 nm Partikelgröße, 99,8 % Metallbasis, hydrophil/lipophil) wurde von Aladdin bezogen.

XRD-Muster von Proben:a ATP, b TiO₂ , c Ag₃ PO₄ , d ATP/TiO₂ , e Ag₃ PO₄ /TiO₂ , f ATP/Ag₃ PO₄ , und g ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄

Synthese von Proben

Das ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Komposit wurde durch ein einfaches zweistufiges Verfahren synthetisiert. Gut dispergierte ATP-Nanostäbe und TiO₂ Nanopartikel mit einem Massenverhältnis von 5:2 wurden zuerst in entionisiertes Wasser gegeben und 4 h gerührt. Durch physikalische und elektronische Oberflächenabsorption wird das TiO₂ Nanopartikel wurden an der Oberfläche von ATP-Nanostäbchen befestigt. Nach der Zentrifugaltrennung wurde der Niederschlag mit entionisiertem Wasser gewaschen und dann 6 h bei 60 °C getrocknet, um ATP/TiO₂ . zu erhalten Verbundstoffe. Durch eine einfache Fällungsmethode kann Ag₃ PO₄ Nanopartikel wurden auf der Oberfläche von ATP/TiO₂ . abgeschieden und ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ Dann wurden ternäre Komposite hergestellt. [12] In einem typischen Herstellungsverfahren wurden 20 ml Silbernitratlösung (0,1 mol/l) in ATP/TiO₂ . gelöst wässrige Suspension mit 0,7 g ATP/TiO₂ Kompositen und 50 ml entionisiertem Wasser durch Ultraschallrühren für 30 Minuten. 20 ml Na₂ HPO₄ wässrige Lösung (0,1 mol/l) wurde dann langsam unter Ultraschallrühren im dunklen Zustand für weitere 40 Minuten in die obige Lösung gegeben. Dann wurde der hellgelb-braune Niederschlag zentrifugiert, mehrmals mit absolutem Ethanol gewaschen und 12 h bei 60 °C getrocknet, um ATP/TiO₂ . zu erhalten /Ag₃ PO₄ ternäre Verbundstoffe. Die Pulverproben von Ag₃ PO₄ , Ag₃ PO₄ /ATP, Ag₃ PO₄ /TiO₂ , und ATP/TiO₂ wurden ebenfalls mit einer ähnlichen Methode synthetisiert.

Charakterisierung

Röntgenbeugung wurde unter Verwendung von XRD Rigaku D/max-RB) zur Phasenanalyse der Pulver unter 40 kV und 30 mA gesammelt. Die Mikrostrukturen wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM, INSPECTF FEI, Niederlande) bewertet. Ultraviolett-sichtbare (UV-vis) diffuse Reflexionsspektroskopie des Photokatalysators wurde mit dem U-3010 Hitach UV-vis Spektrophotometer unter Verwendung von BaSO₄ . untersucht als Referenz.

Photokatalytisches Experiment

Der photokatalytische Abbau von RhB wurde unter simulierter Sonneneinstrahlung getestet. 50 mg ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ wurde zu 100 ml RhB-Lösung mit einer Konzentration von 5 mg/l gegeben und 40 min im Dunkeln gerührt, um ein Adsorptions-Desorptions-Gleichgewicht zu gewährleisten. Die Lichtquelle war eine 300 W-Xe-Lampe (Microsolar300, PerfectLight, Peking, China) mit etwa 150 mW/cm ² (getestet mit einem Radiometer FZ-A, Photoelectric Instrument Factory of Beijing Normal University, China). Nach dem Öffnen der Lampe wurden in bekannten Zeitabständen 4 ml Lösung entnommen und durch Zentrifugation (10.000 U/min, 10 min) getrennt. Die Überstände wurden analysiert, indem Variationen des Absorptionspeaks (554 nm) in den UV-Vis-Spektren mit einem UV/Vis-Spektrophotometer (T6, PERSEE, Peking, China) aufgezeichnet wurden.

Der Abbaugrad des RhB-Farbstoffs wurde nach folgender Gleichung bestimmt:D % = (c ₀ − c )/c ₀ × 100% = (A ₀ − A )/A ₀ × 100 %, wobei c ₀ und c sind die Anfangskonzentration bzw. Konzentration nach der Photokatalyse der Lösung; und A ₀ und A sind die Absorptionswerte der Lösung vor bzw. nach der photokatalytischen Reaktion.

Ergebnisse und Diskussion

Charakterisierung des ATP-Ag₃ PO₄ -TiO₂ Verbundwerkstoffe

Die XRD-Muster von ATP, TiO₂ , Ag₃ PO₄ , und Nanokomposite sind in Abb. 1 gezeigt. Die Beugungspeaks in Abb. 1a können als ATP-Phase mit monokliner Struktur (JCPDS # 21–0958) indiziert werden, was darauf hindeutet, dass das ATP speziell gereinigt wurde und keine Fremdphasen existieren. Abbildung 1b zeigt typische Beugungspeaks von Anatas TiO₂ ohne Verunreinigungen, während Abb. 1c die Beugungspeaks zeigt, die reinem Ag₃ . entsprechen PO₄ Phase, in guter Übereinstimmung mit JCPDS # 06-0505. Es gibt keine Verunreinigungsphasen oder Strukturdestabilisierung für alle Nanokompositproben von ATP/TiO₂ (Abb. 1d), Ag₃ PO₄ /TiO₂ (Abb. 1e), ATP/Ag₃ PO₄ (Abb. 1f) und ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ (Abb. 1g). In XRD-Mustern von ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ (Abb. 1g), charakteristische Hauptpeaks, die sowohl mit Ag₃ . assoziiert sind PO₄ und TiO₂ nachgewiesen werden, während die Beugungspeaks der ATP-Phase viel schwächer sind. Das Phänomen impliziert, dass die ATP-Nanostäbchen mit TiO₂ . umhüllt sind und Ag₃ PO₄ Nanopartikel.

Die Morphologie und Mikrostruktur der Komposit-Photokatalysatoren sind in Abb. 2 dargestellt. ATP-Nanostäbchen wiesen eine durchschnittliche Länge von weniger als 1 μm und einen Durchmesser von weniger als 100 nm auf (Abb. 2a). Aufgrund physikalischer und chemischer Oberflächenadsorption wird TiO₂ Nanopartikel mit einem Durchmesser von etwa 40 nm hafteten an der Oberfläche von ATP-Nanostäbchen und bildeten ATP/TiO₂ Verbundwerkstoffe, wie in Abb. 2b gezeigt. In Abb. 2c waren die ATP-Nanostäbchen vollständig von Ag₃ . bedeckt PO₄ und TiO₂ Partikel in ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäre Zusammensetzung, während Ag₃ PO₄ erschien auf der Oberfläche von ATP/TiO₂ Verbundstoffe in Form einheitlicher kugelförmiger Partikel mit einem Durchmesser von etwa 50 nm.

REM-Bilder von a ATP, b ATP/TiO₂ , und c ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ Pulver

Absorptionsspektren

Die UV-Vis-Absorptionsspektren von Ag₃ PO₄ , ATP, TiO₂ , und ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ sind in Abb. 3a dargestellt. Ähnlich den gemeldeten Ergebnissen, [3] Ag₃ PO₄ weist eine gute Absorption vom UV- bis zum sichtbaren Lichtbereich mit einer Wellenlänge von bis zu etwa 500 nm auf. Andererseits ist TiO₂ zeigt eine ausgezeichnete UV-Absorption ohne offensichtliche Absorption im sichtbaren Lichtbereich. ATP zeigt eine geringere UV-Absorption und eine geringe Absorption im sichtbaren Lichtbereich. Wie erwartet, ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Nanokomposit weist eine starke UV-Absorption auf, die von TiO₂ . profitiert und ATP und die verstärkte Absorption von sichtbarem Licht durch Ag₃ PO₄ . Die optische Bandlücke (E _g ) kann aus der optischen Absorptionskante nach Gl. (1). [13, 14]

wobei α ist der spektrale Absorptionskoeffizient, „hv ” ist die Photonenenergie, A ist eine Konstante und m gleich 0,5 bzw. 2 für direkte bzw. indirekte Übergänge. TiO₂ [15] wird allgemein als indirekter Bandgap-Halbleiter betrachtet, und sein indirektes E _g wird durch den Schnittpunkt einer Geraden bestimmt, die durch die niederenergetische Seite der Kurve (αhυ ) ^1/2 gegen hυ wie in Abb. 3b gezeigt, mit einem geschätzten Wert von etwa 3,20 eV. Ag₃ PO₄ wurde als Halbleiter mit indirekter Bandlücke beschrieben, und ihre direkte Lücke am Gamma-Punkt und die indirekte Lücke sind in Bezug auf die berechneten Ergebnisse sehr eng. [16] Seine direkte Lücke von etwa 2,45 eV wurde als die Bandlücke von Ag₃ . angesehen PO₄ in den meisten Berichten. Hier das indirekte E _g und direkt E _g werden durch den Schnittpunkt der Geraden bestimmt, die durch die niederenergetische Seite der Kurve (αhυ ) ^1/m (m = 2 und 0,5) versus hυ , bzw. Die Ergebnisse von Ag₃ PO₄ zeigen eine indirekte Bandlücke von 2,33 eV (Abb. 3b) und eine direkte Bandlücke von 2,49 eV (Abb. 3c). Das direkte E _g von 2,49 eV stimmt besser mit seiner Absorptionsbandkante überein als die indirekte Bandlücke von 2,33 eV. Somit ist das E _g von Ag₃ PO₄ wird mit 2,49 eV bestimmt. In ähnlicher Weise zeigt ATP eine indirekte Bandlücke von 3,37 eV (Abb. 3b) und eine direkte Bandlücke von 3,75 eV (Abb. 3c) und das E _g von ATP wird mit 3,75 eV bestimmt. Die obigen Bandlückenwerte von TiO₂ , Ag₃ PO₄ und ATP sind den gemeldeten Ergebnissen ziemlich nahe. [17] Im ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Nanokomposit gibt es zwei verschiedene optische Absorptionsbandkanten von etwa 385 und 510 nm in den UV-Vis-Absorptionsspektren, von denen zwei verschiedene E _g Werte geschätzt werden können. Ab der Absorptionsbandkante von 385 nm ist ein direktes E _g von etwa 3,64 eV wird erhalten, was zwischen denen von TiO₂ . liegt und ATP als Ergebnis des zusammengesetzten Effekts. Entsprechend der Absorptionskante von 510 nm ist ein direktes E _g von etwa 2,49 eV erhält man gemäß dem direkten E _g von Ag₃ PO₄ . Als Ergebnis behielt der ternäre Verbundstoff die ähnlich hervorragende Absorption im sichtbaren Licht wie Ag₃ . bei PO₄ , sowie gute UV-Absorption durch TiO₂ und ATP. Dieses Ergebnis impliziert das ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Komposit hat das Potenzial, ein hervorragender Photokatalysator im Wellenlängenbereich von UV-Licht bis sichtbarem Licht zu sein.

a UV-Vis-Absorptionsspektren und b Plots von (αhν ) ^1/2 gegen (hν ) von Ag₃ PO₄ , ATP, TiO₂ und ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Nanokomposit; c Plots von (αhν ) ² gegen (hν ) von Ag₃ PO₄ , ATP und TiO₂; d Plots von (αhν ) ² gegen (hν ) von ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Nanokomposit und der Einschub in d ist das teilweise vergrößerte Detail der Plots in d

Photokatalytische Aktivitäten

Die photokatalytische Aktivität der resultierenden Proben wurde durch den Abbau von RhB unter Xe-Licht-Bestrahlung bewertet, Abb. 4. Nach dem Eintauchen der Photokatalysatoren wurden die RhB-Lösungen 40 min im Dunkeln gerührt, um ein Adsorptions-Desorptions-Gleichgewicht mit dem Ziel der Eliminierung der Interferenzen herzustellen der Adsorption. Abbildung 4a zeigt die Entwicklung der Absorptionsspektren während des Photoabbaus von RhB-Lösungen durch ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Nanokomposit unter Xe-Licht-Beleuchtung als Funktion der Zeit. Die bei 554 nm zentrierten Absorptionspeaks entsprechen dem charakteristischen Absorptionspeak von RhB. Aufgrund des Photoabbaus von RhB nahm die Spitzenstärke mit abnehmender RhB-Konzentration ab. Nach 40 minütigem Rühren der Lösung im Dunkeln wird für RhB nur eine geringe Abnahme der Absorptionspeakintensität beobachtet, was auf eine schwache Farbstoffadsorption des Nanokomposits hinweist. Nach 20 Minuten Bestrahlung verschwand der charakteristische Absorptionspeak von RhB fast, was auf einen fast vollständigen Abbau des Farbstoffs in der Lösung hindeutet. In Abb. 4b ist der photokatalytische Abbau von RhB mit verschiedenen Photokatalysatoren unter ähnlichen Bedingungen der Xe-Licht-Bestrahlung verglichen. Die Photokatalysatoren von einphasigem TiO₂ und ATP zeigten unter 60 Minuten Bestrahlung eine geringere Abbaurate als 50 %, während Ag₃ PO₄ zeigte einen viel stärkeren und schnelleren photokatalytischen Abbau, in guter Übereinstimmung mit früheren Berichten über die Photokatalyse von TiO₂ und Ag₃ PO₄ [18]. Ag₃ PO₄ wurde als starker Photokatalysator beschrieben, aber seine Stabilität der photokatalytischen Aktivität ist gering und seine Kosten sind hoch. Die ternären Nanokomposite zeigten eine schnelle Abbaurate von etwa 81,1 % erst nach 3 Minuten Bestrahlung und einen fast vollständigen Abbau nach 20 Minuten Bestrahlung, die offensichtlich höher sind als die von einphasigem Ag₃ PO₄ und andere binäre zusammengesetzte Photokatalysatoren einschließlich ATP/Ag₃ PO₄ und TiO₂ /Ag₃ PO₄ wie in Abb. 4b zu sehen. ATP hat eine geringe photokatalytische Aktivität, aber es wurde über eine gute Adsorptionsfähigkeit berichtet [19], die das Anhaften von Farbstoffmolekülen an seiner Oberfläche erleichtert und zu einer höheren Abbaurate von RhB durch das ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäre Nanokomposit-Photokatalysatoren. Interessanterweise ist das ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ Photokatalysatoren zeigten eine stärkere photokatalytische Abbaueffizienz als TiO₂ /Ag₃ PO₄ oder Ag₃ PO₄ bei gleichem Gewicht. Infolgedessen ist die Auftragsmenge des teuren Ag₃ PO₄ wird reduziert.

a UV-Vis-Absorptionsspektren der photokatalytisch abgebauten RhB-Lösungen durch das ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäres Nanokomposit zu verschiedenen Zeiten. b Photokatalytischer Abbau von RhB mit verschiedenen Photokatalysatoren unter simulierter Sonneneinstrahlung

Die Stabilität der Photokatalysatoren für den photochemischen Abbau von RhB unter Xe-Licht-Bestrahlung wurde durch wiederholte photokatalytische Experimente bewertet. Ein ähnlicher Test wurde auch mit Ag₃ . durchgeführt PO₄ zum Vergleich. Nach jedem Durchlauf des photokatalytischen Abbaus wurden die Photokatalysatoren getrennt, gewaschen, getrocknet und dann für den nächsten Durchlauf recycelt. Die anfängliche Konzentration von RhB und die Dosierung des Photokatalysators wurden während jedes Durchlaufs des photokatalytischen Abbaus konstant gehalten. Die Ergebnisse sind in Abb. 5 dargestellt. Nach jedem Lauf wird die Aktivität von Ag₃ PO₄ wie erwartet deutlich zurückgegangen [20]. Beim photokatalytischen Prozess wurden die aktiven Zentren von Ag bedeckt, das auf der Oberfläche von Ag₃ . erschien PO₄ Partikel. Die photokatalytische Aktivität von ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ Das ternäre Nanokomposit blieb selbst nach fünf Zyklen des Photoabbaus von RhB unverändert. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Photokatalyse in ATP/TiO₂ . sehr stabil ist /Ag₃ PO₄ ternäre Nanokomposite.

Wiederholter photokatalytischer Abbau von RhB mit Ag₃ PO₄ (rote offene Quadrate) und ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ ternäre Verbundwerkstoffe (schwarze ausgefüllte Kreise) unter simulierter Sonneneinstrahlung

Möglicher Mechanismus im photokatalytischen Prozess

Bei photokatalytischen Abbauprozessen gehören zu den üblichen reaktiven Sauerstoffspezies •OH-Radikale, O₂ ^•– Radikale und Löcher (h ⁺ ). [2] Die Einfangexperimente wurden durchgeführt, um die reaktiven Sauerstoffspezies zu überwachen, die am photokatalytischen Prozess von ATP/TiO₂ . beteiligt sind /Ag₃ PO₄ Verbundwerkstoffe über RhB. Drei Chemikalien:tert-Butanol (TBA), Benzochinon (BQ) und Dinatriumethylendiamintetraacetat (Na₂ -EDTA) wurden als Fänger von •OH-Radikalen verwendet, O₂ ^•– Radikale bzw. Löcher. [9] Die experimentellen Ergebnisse unter Xe-Licht-Bestrahlung sind in Abb. 6 dargestellt. Die Einführung von 1 mM TBA (•OH-Radikalfänger) hat keinen offensichtlichen Einfluss auf die photokatalytische Aktivität des Komposit-Photokatalysators (Abb. 6b). Dieses Ergebnis zeigte, dass OH·-Radikale nicht die wichtigsten aktiven Sauerstoffspezies im photokatalytischen Prozess sind. Die Zugabe von 1 mM BQ (O₂ .) ^•– Radikalfänger) reduziert den photokatalytischen Abbaugrad von RhB in 60 min auf 42 % (Abb. 6c), was darauf hindeutet, dass O₂ ^•– Radikale leisten einen wichtigen, aber nur segmentalen Beitrag zur photokatalytischen Leistung. Nach dem Hinzufügen des Lochfängers Na₂ -EDTA (1 mM) in das photokatalytische System, die photokatalytische Abbauaktivität von ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ nanocomposites wird fast vollständig unterdrückt (Abb. 6d) und der Abbaugrad von RhB sinkt nach 60 min auf weniger als 5 %. Dieses Ergebnis impliziert, dass Löcher eine Schlüsselrolle beim photokatalytischen Abbau spielen. Infolgedessen Löcher und O₂ ^•– Radikale sind die wichtigsten reaktiven Radikale im ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ photokatalytischer Prozess, der RhB unter Xe-Lichtbestrahlung abbaut.

Experimente zum Einfangen von reaktiven Spezies von ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ Komposit-Photokatalysator

Basierend auf der oben erwähnten Diskussion wurde ein möglicher photokatalytischer Mechanismus vorgeschlagen, um den photokatalytischen Abbau von RhB durch ATP/TiO₂ . zu erklären /Ag₃ PO₄ ternäre zusammengesetzte Photokatalysatoren, wie in Abb. 7 gezeigt. Die Potenziale für das Leitungsband (CB) und das Valenzband (VB) von TiO₂ sind − 0,5 eV vs. NHE bzw. + 2,70 eV vs. NHE [21, 22]. Diese Werte sind negativer als die von beiden Ag₃ PO₄ (CB + 0,45 eV vs. NHE, VB + 2,97 eV vs. NHE) [3, 16] und ATP (CB − 0,25 eV vs. NHE, VB + 3,50 eV vs. NHE). Daher sind die photogenerierten Elektronen im CB von TiO₂ kann leicht auf Ag₃ . übertragen werden PO₄ , während die photoinduzierten Löcher in der VB von Ag₃ PO₄ wird zu TiO₂ . migrieren , das die effektive Trennung photogenerierter Elektron-Loch-Paare fördert und die Rekombinationswahrscheinlichkeit von Elektronen und Löchern verringert. Dadurch wird das ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ Komposit-Photokatalysator kann höhere photokatalytische Aktivitäten aufweisen als einphasiges Ag₃ PO₄ . Inzwischen sind die Löcher in VB von TiO₂ , das starke Oxidationseigenschaften aufweist, könnte nicht nur die photokatalytischen Reaktionsgeschwindigkeiten des RhB-Abbaus signifikant beschleunigen, sondern auch H₂ . oxidieren O um O₂ . zu generieren . Das Reduktionspotential von O₂ ^•– beträgt − 0,28 eV, während die Potenziale von CB für TiO₂ und Ag₃ PO₄ sind – 0,3 bzw. + 0,45 eV. Daher ist das resultierende O₂ an der Oberfläche von Photokatalysatoren könnten dann photogenerierte Elektronen einfangen, um O₂ . zu erzeugen ^•– Radikale und die Ag ⁺ Ionen in Ag₃ PO₄ könnte vor Photoreduktion zu metallischem Ag geschützt werden (Ag ⁺ + e ⁻ → Ag), da die Elektronen bei der Reaktion mit O₂ . verbraucht wurden . Folglich ist der zusammengesetzte Photokatalysator mit TiO₂ und Ag₃ PO₄ zeigt eine viel höhere Stabilität als einphasiges Ag₃ PO₄ Photokatalysator.

Vorgeschlagener photokatalytischer Mechanismus von ATP/TiO₂ /Ag₃ PO₄ Verbundwerkstoffe

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir ATP/TiO₂ . synthetisiert /Ag₃ PO₄ ternäres Komposit durch eine einfache Methode:TiO₂ Nanopartikel wurden auf der Oberfläche von ATP absorbiert, um eine binäre Struktur zu bilden, und dann Ag₃ PO₄ Nanopartikel wurden auf ATP/TiO₂ . abgeschieden Verbund durch elektrostatische Wechselwirkung. Die im ternären Komposit gebildete heterogene Verbindung verbessert die photokatalytische Effizienz und Stabilität. Im Vergleich zu reinem Ag₃ PO₄ Phase reduziert ein solcher Komposit-Photokatalysator nicht nur den Verbrauch des Edelmetalls Silber stärker, sondern verbessert auch die Effizienz von Photokatalysatoren. Unsere Ergebnisse werden eine Orientierungshilfe für die Entwicklung von Verbundwerkstoffen auf Ag-Basis für photokatalytische Anwendungen bieten.

Abkürzungen

ATP:

Attapulgit

BQ:

Benzochinon

CB:

Leitungsband

Na₂ -EDTA:

Dinatriumethylendiamintetraacetat

RhB:

Rhodamin B

TBA:

tert-Butanol

VB:

Valenzband