Synergistische Effekte von Ag-Nanopartikeln/BiV1-xMoxO4 mit erhöhter photokatalytischer Aktivität

Hintergrund

Angesichts der zunehmenden Umweltverschmutzung und Energiekrisen ist die Entwicklung effizienter und zukunftsträchtiger Lösungen zur Verringerung der Energieknappheit und zum Schutz der Umwelt von größter Bedeutung [1, 2]. Photokatalysator-basierte Halbleiter wie Bi₂ WO₆ [3, 4], BiPO₄ [5, 6], Ag₃ PO₄ [7, 8] und BiVO₄ [9,10,11,12,13], haben aufgrund ihrer Anwendungen beim Abbau organischer Schadstoffe oder der Wasserstoffproduktion aus der Wasserspaltung große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Nichtsdestotrotz haben die meisten der existierenden Oxid-Photokatalysatoren eine sehr geringe Lichtreaktionseffizienz, hauptsächlich weil sie aufgrund ihrer engen Bandlücken nur auf ultraviolettes Licht reagieren [14,15,16]. Darüber hinaus können die photoinduzierten Elektronen leicht mit Löchern rekombinieren, was zu einer geringeren optischen Leistung führt [17, 18].

Aufgrund seiner sichtbaren photokatalytischen Aktivität, einer großen Bandlücke von 2,42 eV, hoher Stabilität und Ungiftigkeit, Wismutvanadat (BiVO₄ ) ist ein vielversprechender Halbleiterphotokatalysator vom n-Typ [19,20,21]. Die resultierende Ladungsträgerübertragungseffizienz ist jedoch relativ schlecht, was zur Rekombination photogenerierter Elektronen und Löcher führt, was die photokatalytische Leistung von BiVO₄ . stark einschränkt . Verschiedene Studien haben BiVO₄ . bewertet Modifikationen [20, 22,23,24] und Substitution oder Metalldotierung auf BiVO₄ hat sich als die effizienteste Methode erwiesen, um die Transporteffizienz des Spediteurs zu ändern. Die Dotierung von Metallelementen führt neue Defekte oder Ladungen in das Kristallgitter ein [25] und beeinflusst die Bewegung von Elektronen und die Bildung von Löchern unter Lichteinstrahlung [26, 27]. Anpassungen des Verteilungsstatus oder Veränderungen der Bandstrukturen können zu Aktivitätsänderungen von Halbleitern führen [28]. Thalluri et al. [29] führten sechswertiges Molybdän (Mo) bei einem nahezu neutralen pH-Wert ein, um V zu ersetzen, während das Atomverhältnis von fBiVO₄ . beibehalten wurde , was zur Bildung einer guten Kristallstruktur und einer beträchtlichen photokatalytischen Aktivität für die Wasseroxidation führt. Mo hat eine höhere Wertigkeit als V und verstärkt daher die n-Typ-Eigenschaften des Materials [30]. Darüber hinaus ist die photokatalytische Aktivität von BiVO₄ ist stark von seinen verschiedenen Kristallfacetten abhängig. Aktuelle Studien zur Abscheidung von Edelmetallen wie Ag, Cu und Au auf den verschiedenen Facetten von BiVO₄ haben eine gute photokatalytische Aktivität gezeigt [31,32,33]. Liet al. [34] produzierte ein Ag/BiVO₄ Komposit durch hydrothermale Synthese und Photoreduktion von auf den (040)-Kristallfacetten von BiVO₄ . abgeschiedenem Ag , was zu einer verbesserten photoelektrochemischen Leistung führt, wie die schnelle Trennung der Elektron-Loch-Paare zeigt.

In der vorliegenden Studie bauen wir auf dem einfachen hydrothermalen Syntheseansatz von Li et al. [29] um BiV_0,9925 . zu erhalten Mo_0,0075 O₄ unter schwach alkalischen Bedingungen, gekoppelt mit Photoreduktionsabscheidung von Ag-Nanopartikeln auf den (040)-Flächen der wie hergestellten Substratmaterialien. Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Komposit-Photokatalysatoren wurden erfolgreich synthetisiert und zeigten einen verbesserten photokatalytischen Abbau von Rhodamin B (RhB) unter Xenonlampen-Bestrahlung (λ> 420 nm) im Vergleich zu dem nicht zusammengesetzten, mit Ag abgeschiedenen oder Mo-dotierten BiVO₄ Materialien. Hier berichten wir über die Herstellung, Charakterisierung und photokatalytische Aktivität von BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , und Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ Verbundwerkstoffe.

Experimentell

Synthese von BiVO₄ und BiV_1-x Mo_x O₄ Pulver

Wismutnitrat-Pentahydrat (Bi(NO₃ .) )₃ ·5H₂ O, analytische Qualität), Ammoniummetavanadat (NH₄ .) VO₃ , analytische Qualität), Ammoniumcarbonat und Ammoniummolybdat ((NH₄ )₂ MoO₄ ) wurden von Sigma-Aldrich bezogen und wie erhalten ohne weitere Reinigung verwendet. Alle anderen in den Experimenten verwendeten Chemikalien waren ebenfalls von analytischer Qualität, und zur Herstellung der Lösungen wurde entionisiertes Wasser verwendet. In einem typischen Prozess werden 3,7 mmol Bi(NO₃ )₃ ·5H₂ O, 3,7 mmol NH₄ VO₃ , und 12 mmol (NH₄ .) )₂ CO₃ wurden in 75 ml 1 M HNO₃ . gelöst und etwa 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wurde. Der pH-Wert der Mischung wurde mit NaOH (2 M) auf pH 8 eingestellt. Die Mischung wurde in einen 150-ml-Edelstahlautoklaven mit Teflonauskleidung überführt und 12 h bei 180 °C unter autogenem Druck in einem Ofen erhitzt. Der Niederschlag wurde abfiltriert und dreimal mit destilliertem Wasser, gefolgt von Ethanol gewaschen und 12 h bei 60 °C in einem Trockenschrank getrocknet.

Die dotierten Proben wurden hergestellt, indem das Äquivalentgewicht von NH₄ . ersetzt wurde VO₃ mit unterschiedlichen Mengen an Mo. Mo-Vorstufen wurden so eingeführt, dass eine nominale atomare Substitution von 0,5, 0,75 und 1% von V erreicht wurde.

Vorbereitung von Ag/BiVO₄ und Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ Proben

BiVO₄ (0,50 g) und AgNO₃ (0,05 g) wurden zu einem (NH₄ .) hinzugefügt )₂ C₂ O₄ (0,8 g L ⁻¹ , 100 ml) wässrige Lösung in einem 250 ml-Becherglas in einem Ultraschallbad, bis sich eine gleichmäßig dispergierte Lösung gebildet hat. Die resultierende gelbe Mischung wurde dann mit einer Xenonlampe 30 Minuten lang unter magnetischem Rühren bestrahlt. Die Farbe des Systems wechselte von einem lebhaften Gelb zu Graugrün, was auf die Bildung von metallischem Ag im Reaktionssystem hinweist. Die resultierenden Proben wurden dann filtriert, mit DI-Wasser gewaschen und 12 h bei 60 °C getrocknet, um Ag/BiVO₄ . zu erhalten und Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ Verbundwerkstoffe.

Photokatalytische Aktivität

Die Bewertung der photokatalytischen Aktivität erfolgte anhand der Abbaurate von RhB. Das experimentelle System für den Photoabbau wurde bei einer UV-Grenzwellenlänge unter 420 nm kalibriert und die Bestrahlungshöhe der Xenonlampe lag nahe der Höhe des 250-ml-Becherglases. In einem typischen Verfahren wurde der hergestellte Photokatalysator (0,1 g) in einer wässrigen RhB-Lösung (150 ml, 10 mg L ^-1 ) unter Ultraschall in einem Glasreaktor, der mit einem Kühlwasserzirkulator ausgestattet ist, um eine Reaktionssystemtemperatur von Raumtemperatur aufrechtzuerhalten. Die Suspension wurde 30 min im Dunkeln gerührt, um das Adsorptions-Desorptions-Gleichgewicht zu erreichen, und dann 2 h lang mit einer Xenonlampe (300 W) unter ständigem Rühren bestrahlt. Alle 30 Minuten wurde ein 5-ml-Aliquot der Suspension entnommen und zentrifugiert. Das Absorptionsspektrum des erhaltenen flüssigen Überstands wurde in Bezug auf die Absorptionsintensität von RhB bei 552 nm gemessen.

Charakterisierungstechniken

Die Morphologien des reinen BiVO₄ und die dekorierten Komposite wurden durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM, S4800) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM; JEM-2100F, JEOL) untersucht. Die Elementaranalyse wurde durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS; VGESCA-LAB MKII) mit einer nicht-monochromatischen Mg Kα-Röntgenquelle durchgeführt. Die kristalline Phase der Proben wurde durch Röntgenbeugung (XRD; Bruker D8) mit Cu Kα-Strahlung bestimmt. Induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) wurde verwendet, um die elementare Zusammensetzung der Proben zu analysieren. Darüber hinaus wurden mit einem Shimadzu-Spektrophotometer (UV-2450) Messungen des diffusen UV-Vis-Reflexionsspektrums durchgeführt, um die Bandlückenenergie von BiVO₄ . zu bewerten , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , und Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ über einen Wellenlängenbereich von 360–800 nm.

Ergebnisse und Diskussion

Die kristallographische Struktur und Phase der hergestellten Komposite wurden durch XRD-Analyse charakterisiert (Abb. 1a). Die scharfen Beugungspeaks, die im so hergestellten BiVO4 beobachtet wurden, wurden dem konventionellen BiVO₄ . zugeordnet Phase, da sie in guter Übereinstimmung mit dem Standard (JCPDS) Karten-Nr. 14-0688. Gemäß der bei 18,7° und 30,5° beobachteten Peakaufteilung, die die (110)- und (040)-Facetten anzeigt, ist das präparierte BiVO₄ Material besaß eine einzige monokline Scheelitstruktur. In den mit Ag verwandten Photokatalysatoren (Abb. 1a) wurde ein Beugungspeak bei 38,1° beobachtet, der der (111)-Kristallphase von metallischem Ag (JCPDS-Datei:65-2871) entspricht. Dies weist darauf hin, dass die Photoreduktion von Ag ⁺ Ionen traten tatsächlich auf, was zur Abscheidung von Ag-Nanopartikeln auf dem BiVO₄ . führte und BiV_1-x Mo_x O₄ Oberflächen. Aufgrund des geringen relativen Gehalts an Ag waren die XRD-Peaks jedoch nicht intensiv.

a XRD-Muster von reinem BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , und Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ . b Die entsprechende EDX-Analyse von Ag /BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄

Wie in Abb. 2a gezeigt, bestätigte EDS das Vorhandensein der Ag-Spezies, was mit den XRD-Ergebnissen übereinstimmt. Die Elemente Bi (Abb. 2b), O (Abb. 2c), V (Abb. 2d), Mo (Abb. 2e) und Ag (Abb. 2f) sind alle gleichmäßig im Ag/BiV_{1 . verteilt -x} Mo_x O₄ Komposite, und die Ergebnisse bestätigen die Existenz von Mo und Ag. Die relativen Mengen an Mo schienen die Kristallstruktur oder Phase nicht zu beeinflussen. Das Mo-Substitutionsverhältnis wurde durch ICP bewertet (Tabelle 1); der praktische Mo-Atomgehalt wurde mit 0,16 % in Ag/BiV_0,9925 . berechnet Mo_0,0075 O₄ . Es wurde beobachtet, dass, obwohl der nominale Dotierstoffgehalt, der mit den Vorläufern eingeführt wurde, 0,75 % betrug, die resultierende Menge an Mo in den dotierten Materialien immer niedriger war als erwartet. Ähnliche Ergebnisse wurden auch in früheren Forschungen gefunden, und es ist möglich, dass während der hydrothermalen Syntheseprozesse intrinsische Verluste und die Verdampfung des Mo-Dotierstoffes auftreten [35, 36].

a –d Die entsprechende Elementarkartierungsanalyse von Bi, V, Ag und Mo in Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , bzw.

Die Morphologie des so hergestellten reinen BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , und Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ wurden mit REM untersucht (Abb. 3). Reines BiVO₄ zeigte eine Schicht-Schicht-Morphologie mit mehreren Clustern (Abb. 3a, b). Für Ag/BiVO₄ wurde beobachtet, dass metallisches Ag gut auf der (040)-Kristallfacette dispergiert war (Abb. 3c), was mit der XRD-Analyse übereinstimmt. Die Bilder von Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Verbundwerkstoffe mit unterschiedlicher Vergrößerung wurden in Abb. 3e, d gezeigt. Auf der Oberfläche von Ag/BiV_0,9925 . wurden deutlich einheitlich geformte metallische Ag-Nanopartikel beobachtet Mo_0,0075 O₄ (Abb. 3d) wahrscheinlich aufgrund der hohen Exposition der (040)-Oberfläche. Für diese Kristallfacette wurde eine gute Ladungsträgermobilität nachgewiesen [37]. Somit sollte die beobachtete Morphologie für die photokatalytische Leistung des synthetisierten dotierten BiVO₄ . von Vorteil sein Pulver. Die vorbereitete BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , und Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Proben wurden weiter durch TEM beobachtet (Abb. 4a). In Abb. 4b wurden deutliche Interplanarabstände von 0,475 nm beobachtet, die der kristallographischen (110)-Facette von BiVO₄ . entsprechen (JCPDS-Karte Nr. 14-0688). Der Kristallgittersaum bei 0,226 nm gehörte zur (111)-Ebene der metallischen Ag-Nanopartikel im Ag/BiVO₄ und Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Proben (Abb. 4d, f). Basierend auf den obigen Analysen wurde metallisches Ag erfolgreich auf BiV_0.9925 . abgeschieden Mo_0,0075 O₄ Oberfläche, was zu einer guten Verbindung zwischen Ag und dem Mo-dotierten BiVO₄ . führt und Förderung einer effektiven Trennung von Elektronen und Löchern in dem Verbundsystem.

REM-Bilder. a , b Niedrig- und stark vergrößerte Bilder von reinem BiVO. c , d Bilder mit geringer und hoher Vergrößerung von Ag/BiVO₄ zusammengesetzt. e , f Bilder mit geringer und hoher Vergrößerung von Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄

TEM-Bilder von a reines BiVO₄ , c Ag/BiVO₄ , und e Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ und b , d , und f stark vergrößerte Bilder von a , c , und e , bzw.

Die XPS-Analyse der vorbereiteten Proben bestätigte das Vorhandensein von Bi, V, O, Ag und Mo (Abb. 5a). Die Bindungsenergien von Bi 4f betrugen 158,94 und 164,27 eV, entsprechend Bi 4f ^7/2 und 4f ^5/2 , bzw. Bestätigung des Bi ³⁺ Spitzen in BiVO₄ (Abb. 5b). Es wurde ein typisches O 1s-Spektrum beobachtet, wie der charakteristische Hauptpeak bei 529,71 eV zeigt (Abb. 5c). Die V 2p ^3/2 und 2p ^1/2 Peaks, die bei 516,5 bzw. 524,1 eV beobachtet wurden, deuteten auf die Existenz von V ⁵⁺ . hin (Abb. 5d). Die Ag 3d-Peaks liegen bei 367,98 und 374,0 eV, entsprechend Ag 3d ^5/2 und 3d ^3/2 (Abb. 5e) wurden jeweils in Ag/BiVO₄ . beobachtet und Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , was die Existenz der metallischen Ag-Spezies bestätigt. Darüber hinaus machte das molare Verhältnis der metallischen Ag-Spezies 6,6% aller Elemente aus, wie durch XPS bestimmt und in Übereinstimmung mit den ICP-Messungen (Tabelle 1). Endlich das Mo 3d ^5/2 und 3d ^3/2 Peaks bei 231,7 bzw. 234,9 eV (Abb. 5f) bestätigen das Vorhandensein von Mo ⁶⁺ .

XPS-Spektren des so hergestellten Photokatalysators. a Das XPS-Spektrum der Umfrage, b Bi 4f, c O 1s, d V 2p, e Ag 3d und f Mo 3d-Peaks bezogen auf den Photokatalysator

Messungen des diffusen UV-Vis-Reflexionsspektrums wurden durchgeführt, um die optische Bandlücke und die Absorptionseigenschaften der Photokatalysatoren zu bewerten, wie in Abb. 5 gezeigt. Die photokatalytische Aktivität eines Halbleiters hängt weitgehend von der Größe der Bandlücke ab; je schmaler die Bandlücke ist, desto größer ist die Verschiebung der Absorptionswellenlänge zu längeren Wellenlängen. Die Bandlücke von BiVO wie vorbereitet₄ betrug ungefähr 2,3 eV (Abb. 6b), was mit der Kubelka-Munk-Bandgap-Schätzungstheorie [38] übereinstimmt. Im Vergleich zu BiVO₄ , zeigten alle Mo-dotierten Proben relativ schmale Bandlücken (Abb. 6b). Darüber hinaus sind alle mit Ag abgeschiedenen BiVO₄ und BiV_1-x Mo_x O₄ Photokatalysatoren zeigten eine starke Absorption im sichtbaren Lichtbereich in Abb. 6a. Die Ag/BiVO₄ Photokatalysator zeigte die beste Lichtabsorption. Die Extinktion von Ag/BiV_0,9925 . im präparierten Zustand Mo_0,0075 O₄ lag zwischen dem von BiVO₄ und Ag/BiVO₄ , was darauf hindeutet, dass die Einführung von Mo die photoresponsiven Eigenschaften von Ag behindert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass neben der Photoabsorption auch andere Eigenschaften die photokatalytische Effizienz von Photokatalysatoren signifikant beeinflussen können.

Die photophysikalischen Eigenschaften der so hergestellten Materialien. a UV-vis diffuse Reflexionsspektren des BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , und Ag /BiV_1-x Mo_x O₄ . b Bewertung der Energiebandlücke der entsprechenden Materialien

Photolumineszenz(PL)-Spektren wurden aufgenommen, um die Trenneffizienz der photogenerierten Elektron-Loch-Paare zu untersuchen. Die PL-Spektren von reinem BiVO₄ , BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , Ag/BiVO₄ , und Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Verbundwerkstoffe mit einer Anregungswellenlänge von 310 nm sind in Abb. 7 dargestellt. BiVO₄ und BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ zeigen eine markante Emissionsbande, die bei ungefähr 510 nm zentriert ist. Die Intensitätsordnung der PL-Spektren war BiVO₄> BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄> Ag/BiVO₄> Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ . Da eine niedrigere PL-Intensität eine höhere Trenneffizienz anzeigt, würde dies zu einer höheren photokatalytischen Aktivität im Gesamtsystem führen. Folglich ist die höhere photokatalytische Leistung von Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ stimmt mit der PL-Messung überein.

Photolumineszenzspektren von unberührtem BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , und Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Verbundwerkstoffe

Die photokatalytische Zersetzung resultiert aus dem Abbau von RhB unter sichtbarem Licht (λ> 420 nm), bestätigte, dass Ag oder Mo allein nur einen geringen Einfluss auf die katalytische Aktivität von BiVO₄ . hatte unter Lichteinstrahlung für 2 h (Abb. 8). Umgekehrt ist die Abscheidung von Ag auf Mo-dotiertem BiVO₄ zeigten eine effektive photokatalytische Aktivität, wobei die Variation des Mo-Gehalts einen Unterschied in der photokatalytischen Aktivität zeigte. Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ zeigte einen äußerst effizienten Abbau von RhB unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht mit vollständiger Entfärbung nach 2 h, während über BiVO₄ . nur 7, 8 und 10 % Abbau erreicht wurden , Ag/BiVO₄ , und BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , bzw. Somit ist Mo-dotiertes Ag-abgeschiedenes BiVO₄ konnte die Ladungsrekombination unterdrücken und die Effizienz des photokatalytischen Prozesses erheblich steigern.

Photokatalytischer Abbau von RhB durch BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Mo_x O₄ , und Ag/BiV_1-x Mo_x O₄ Photokatalysatoren

Stabilität und Wiederverwendbarkeit von Photokatalysatoren sind für ihre praktische Anwendung sehr wichtig. Daher haben wir die wiederholten Zyklen von Ag/BiV_0,9925 . bewertet Mo_0,0075 O₄ beim photokatalytischen Abbau von RhB für 2 h unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht. Insgesamt waren 99 % der RhB-Lösung nach fünf Zyklen abgebaut (Abb. 9), was darauf hindeutet, dass die Probe eine gute photokatalytische Stabilität aufwies.

Fünf Zyklen von Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ für den Photoabbau von RhB unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht

Um die Trenneffizienz weiter zu bewerten, wurden die Ladungsträgerlebensdauern von reinem BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , und Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ wurden ebenfalls analysiert (Abb. 10). Die Zerfallskurven für die so hergestellten Photokatalysatoren passen gut zu einer Doppelexponentialfunktion. Die Lebensdauer des Ladungsträgerzerfalls von BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , und Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Komposite waren 1,2304, 1,8220 bzw. 2,0933 ns. Somit hatten die mit Ag abgeschiedenen Proben sowohl mit als auch ohne Mo-Dotierung viel längere Ladungsträgerlebensdauern als reines BiVO₄ , wodurch eine effektive Phototrägertrennung erreicht wird und ein synergistischer Effekt zwischen Ag, Mo und BiVO₄ . nahegelegt wird führte zu einer Verbesserung der photokatalytischen Aktivität.

Zeitaufgelöste Fluoreszenz-Abklingkurven auf Ns-Niveau von a . wie zubereitet BiVO₄ , b Ag/BiVO₄ , und c Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ zusammengesetzt

Um den zugrunde liegenden photokatalytischen Mechanismus zu erforschen, wurde der RhB-Abbau unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht [39] durchgeführt, wobei ein Loch (h ⁺ ) Radikalfänger (Ammoniumoxalat ((NH₄ )₂ C₂ O₄ )), ein Superoxidradikal (•O ²⁻ )-Fänger (1,4-Benzochinon, BQ) [40] oder Hydroxyl-Radikal-(•OH)-Fänger (tert-Butanol, t-BuOH) [41]. Nach der Zugabe von BQ wurde keine offensichtliche Abnahme beobachtet, jedoch wurde eine Beschleunigung der Abbaurate im Vergleich zu Ag/BiV_0,9925 . festgestellt Mo_0,0075 O₄ (Abb. 11). Die schnellere Abbaurate könnte auf den SPR-Effekt von metallischem Ag in Ag/BiV zurückzuführen sein_0,9925 Mo_0,0075 O₄ , was die Trenneffizienz von Elektronen und Löchern verbessern würde. Bei Zugabe von t-BuOH nahm die katalytische Effizienz jedoch von 97.5 auf 78.1% ab, was auf die Anwesenheit von •OH als aktive Spezies hinweist. Die photokatalytische Aktivität wurde durch die Zugabe von (NH₄ )₂ C₂ O₄ , was darauf hindeutet, dass die Löcher die wichtigste aktive Spezies waren.

Diagramme des photogenerierten Trägereinfangs im System während des photochemischen Abbaus von RhB durch Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄

Zur weiteren Bestätigung der wichtigsten aktiven Spezies, die im photokatalytischen Prozess erzeugt werden, wurde Elektronenspinresonanz (ESR) verwendet. Das Prinzip der ESR besteht darin, mit freien Radikalen unter Verwendung eines Spin-Trapping-Mittels zu reagieren, um ein relativ stabiles Radikaladdukt zu erzeugen. Unter sichtbarem Licht wurde im Vergleich zu dunklen Bedingungen eine Spitzenintensität beobachtet (Abb. 12a), was die Existenz von •O ²⁻ . belegt . Darüber hinaus deuteten offensichtliche Signale (Abb. 12b) darauf hin, dass •OH im photokatalytischen Prozess erzeugt wurde. Zusammenfassend ergaben die Radikalfängerexperimente und die ESR-Analyse, dass der photokatalytische Prozess durch die kombinierte Wirkung von h ⁺ . bestimmt wurde , •O ²⁻ , und •OH-aktive Spezies.

Elektronen-Paramagnetische Resonanz (ESR)-Spektren von Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ in a DMSO-Lösungsmittel und b Wasser

Gemäß der obigen Diskussion ist ein möglicher photokatalytischer Mechanismus von Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ wurde in Abb. 13 veranschaulicht. Das Dotierungsmittel Mo könnte die Absorption von sichtbarem Licht des BiVO₄ . effektiv verbessern Photokatalysator. Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Komposit-Photokatalysatoren wurden mit sichtbarem Licht bestrahlt, und die Photoelektronen im Valenzband von BiVO₄ effektiv in das Leitungsband springen, um Elektron-Loch-Paare zu erzeugen. Das metallische Ag könnte die Elektronen aufnehmen, die dann mit den photogenerierten Löchern rekombinieren und die Übertragung auf die Oberfläche der zusammengesetzten Photokatalysatoren verbessern, was zu einer verbesserten Trennung von Elektronen und Löchern führt. Die Elektronen könnten auf das O₂ . reagieren und wandeln in •O ²⁻ . um . Die Löcher von BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ könnte mit dem adsorbierten H₂ . reagieren O-Moleküle und wandeln sich in •OH um. In der Zwischenzeit die h ⁺ könnte effektiv mit der RhB reagieren und degradierte Produkte erzeugen.

Schematischer Mechanismus des Ladungstransfers im Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ Verbundsysteme unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht

Schlussfolgerungen

Hier wird ein einfaches hydrothermales Syntheseverfahren bei nahezu neutralen pH-Bedingungen und unter Verwendung von Ammoniumcarbonat als strukturdirigierendes Mittel für die Herstellung von Mo-dotiertem BiVO₄ . beschrieben Pulver. Anschließend wurden metallische Ag-Nanopartikel auf der (040)-Kristallfacette von BiV_0,9925 . abgeschieden Mo_0,0075 O₄ . Somit ist es gelungen, ein photokatalytisches System mittels der Reduktionsreaktion aufzubauen. Es wurde gezeigt, dass diese Synthesebedingungen die Zunahme der Größe der (040) kristallographischen Facette signifikant beeinflussen, wie durch XRD- und STEM-Analysen bestätigt wurde. Das XRD zeigte, dass die bei 30,5° beobachtete Peakaufspaltung ein Ergebnis der (040)-Facetten ist. Auf den (040)-Facetten abgeschiedene Ag-Nanopartikel sind auch aus dem STEM zu sehen. Außerdem Ag/BiV_0,9925 Mo_0,0075 O₄ zeigten eine hocheffiziente photokatalytische Leistung für den RhB-Abbau unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht. Diese Arbeit könnte neue Inspiration für die rationelle Nutzung von BiVO₄ . bieten Photokatalysatoren mit hoher photokatalytischer Aktivität und ihre Anwendungen in den Bereichen Energieerzeugung und Umweltschutz.