Synthèse sonochimique en une étape facile et propriétés photocatalytiques des composites graphène/Ag3PO4 Quantum Dots

Contexte

Récemment, la synthèse de photocatalyseurs à haute efficacité a attiré l'attention des chercheurs en raison de leurs applications potentielles dans l'élimination des polluants organiques et la production d'hydrogène [1,2,3]. En raison de l'activation élevée et de la séparation efficace des électrons photoexcités (e ⁻ ) et des trous(h ⁺ ) [4], Ag₃ Bon de commande₄ les photocatalyseurs semi-conducteurs ont reçu une grande attention des chercheurs dans le domaine de la photocatalyse. Malheureusement, il existe plusieurs facteurs qui influencent les performances photocatalytiques de Ag₃ Bon de commande₄ , telles qu'une morphologie irrégulière, une faible solubilité, une instabilité, un coût élevé, etc., qui ont entravé ses applications généralisées [5]. Par conséquent, il est nécessaire d'améliorer la photoactivité et la photostabilité de Ag₃ Bon de commande₄ .

Des recherches antérieures ont prouvé que les performances photocatalytiques pouvaient être considérablement améliorées par la séparation efficace des e ⁻ photogénérés -h ⁺ paires [6,7,8]. D'après l'équation τ = r ² /π ² D , où τ représente le temps de diffusion moyen des porteurs photogénérés, r représente le rayon de la particule, et D fait référence au coefficient de diffusion des porteurs [9], une taille de particule réduite peut être bénéfique pour la suppression efficace de la recombinaison des porteurs de charge, améliorant ainsi l'activité photocatalytique des photocatalyseurs. On peut déduire de ce point de vue que la présence de points quantiques (QD) pourrait augmenter l'activité photocatalytique [10, 11]. Étant donné que la couverture de surfactant peut entraver le contact mutuel entre la surface du QD et les polluants, il est rarement rapporté que les QD sont appliqués indépendamment comme photocatalyseur à haut rendement. Afin de compléter ce défaut, les QD étaient généralement chargés sur un support avec une grande surface pour diminuer l'agrégation en l'absence de tout stabilisant, ce qui confère aux QD l'activité photocatalytique améliorée.

En raison d'une meilleure séparation et transfert d'électrons dans les hétérostructures, rGO a été choisi pour être le partisan de l'Ag₃ Bon de commande₄ QD. rGO a une structure de carbone bidimensionnelle (2D) avec des propriétés électroniques, mécaniques et thermiques exceptionnelles [12], une surface spécifique élevée et une mobilité élevée des porteurs [13,14,15,16]. Ces propriétés en font un bon substrat pour Ag₃ Bon de commande₄ photocatalyseur, car il pourrait promouvoir efficacement l'e ⁻ -h ⁺ séparation des paires et facilite le transfert de charge entre les hétérojonctions pour améliorer l'activité photocatalytique et la stabilité. De plus, rGO pourrait être produit par une procédure d'oxydation et de réduction chimique [17]. Les méthodes d'oxyde de graphène (GO) en rGO comprennent la réduction par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) [18, 19], la réduction chimique [20] et la réduction hydrothermale [21, 22]. Cependant, les méthodes ci-dessus présentent certains inconvénients intrinsèques tels qu'une procédure complexe et une pollution secondaire. Par conséquent, il est nécessaire de développer une façon verte de produire de la rGO. Récemment, les nouvelles voies vertes de la méthode de réduction photo-assistée [23, 24] et assistée par ultrasons [25] ont été signalées.

La photoréduction de GO pour produire rGO est une méthode douce et verte; en outre, des mécanismes de réduction photochimique et photothermique peuvent avoir lieu individuellement ou simultanément dans les processus [26,27,28]. De plus, l'auto-photoréduction de GO à rGO peut augmenter la présence de capteur de trous dans la solution [24]. Les ultrasons ont été largement utilisés pour la synthèse de matériaux et le traitement des eaux usées [29, 30]. L'irradiation par ultrasons peut offrir des points chauds localisés avec une pression d'environ 20 MPa, des températures d'environ 5 000 K et une vitesse de refroidissement élevée d'environ 10 ¹⁰ Ks ^− 1 , qui sont générés par la cavitation acoustique [31]. Lors de l'irradiation par ultrasons, une variété d'effets physiques et chimiques peuvent être produits dans les liquides par cavitation acoustique, et un environnement de réactions chimiques unique peut être fourni dans ces conditions extrêmes [31, 32]. Cependant, au meilleur de notre connaissance, la synthèse de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Les composites QD utilisant une méthode de réduction assistée par photo-ultrason n'ont pas encore été rapportés.

Nous rapportons ici la conception et le développement de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Composites QD à haute performance photocatalytique, dans lesquels Ag₃ Bon de commande₄ Pour la première fois, des QD d'une taille de 1 à 4 nm ont été chargés uniformément sur des nanofeuillets rGO via une méthode de réduction assistée par photo-ultrasons en une seule étape. Les composites ont été analysés par diverses techniques. L'activité photocatalytique et la stabilité des composites obtenus ont été évaluées par la dégradation de l'orange de méthyle (MO), de la rhodamine B (RhB) et du bleu de méthylène (MB) sous irradiation de lumière visible. Pendant ce temps, le dosage de tensioactif et la quantité de rGO sur les performances photocatalytiques ont également été discutés. Le mécanisme photocatalytique possible de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Les QDs ont été analysés sur la base des expériences de piégeage des radicaux libres. Cet article fournira une méthode simple et écologique pour la fabrication de plusieurs QD d'oxyde métallique et de matériaux fonctionnels efficaces avec une application plus large dans le domaine de la purification de l'environnement.

Section expérimentale

Synthèse de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ QD

GO a été préparé à partir de graphite naturel selon la méthode de Hummers [33]. Dans un processus de synthèse typique, 20 mg de GO ont été ajoutés dans 50 ml d'eau et soniqués pendant 30 minutes pour former une suspension uniforme, puis 2,2 mmol d'oléate de sodium ont été ajoutés à la solution ci-dessus et soniqués pendant 60 minutes. Après cela, 10 mL d'AgNO₃ une solution aqueuse (0,6 mol/L) a été ajoutée, la solution obtenue a été agitée pendant 4 h pour terminer l'échange d'ions, puis 10 mL de Na₂ HPO₄ solution aqueuse (0,2 mol/L) a été ajoutée goutte à goutte à la solution sous irradiation ultrasonique. Après 60 min, le précipité a été centrifugé (5 000 rpm) pendant 5 min et lavé plusieurs fois avec de l'alcool hexylique et de l'éthanol absolu pour obtenir GO/Ag₃ Bon de commande₄ Composites QD. Ci-après, 0,3 g de GO/Ag₃ Bon de commande₄ Les QD ont été dissous dans 100 mL d'éthanol absolu et le mélange a été exposé à une irradiation à la lumière visible (CEL-S500, lampe Xe 300 W, filtre de coupure 420 nm) et à une irradiation ultrasonore pendant 60 min. L'irradiation par ultrasons a été réalisée avec une sonde à ultrasons de haute intensité (Xinzhi Co., China, JY92-2D, 10 mm de diamètre, Ti-horn, 20 kHz) qui a été placée dans le système de réaction. Le précipité a été centrifugé (5000 rpm) pendant 5 min puis séché à 60 °C pendant 12 h pour obtenir rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Composites QD. Ag₃ Bon de commande₄ Les QD ont été préparés dans les mêmes conditions sans GO. Pour étudier la quantité optimale de chargement de rGO, une série d'échantillons avec des rapports de poids théoriques de rGO à rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Composites QD (W_rGO :W_composite = 1,5, 2,0, 2,3, 2,5 et 3,0 % en poids) ont été obtenus. Le rGO/Ag₃ correspondant Bon de commande₄ Les composites QD ont été marqués comme R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5 et R-3.

Caractérisation des matériaux

Ag₃ Bon de commande₄ QDs et rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Les composites QD ont été analysés par diffraction des rayons X (XRD, Cu-Ka, k = 1.5418 Å) dans une plage de 2θ de 10° à 80°, spectroscopie FT-IR, TEM (JEOL JEM-2010), système de spectre Raman (Horiba JY-T64000, France), spectromètre XPS (PHI Quantera SXM), et UV- spectrophotomètre vis (U-3010, Hitachi, Japon). Les spectres de photoluminescence ont été obtenus par le spectrophotomètre FL (F-4500, Hitachi, Japon).

Mesure de l'activité photocatalytique

Pour mesurer les propriétés photocatalytiques des composites, 10 mg des échantillons préparés ont été ajoutés à 100 mL de 10 ppm de MB. Le mélange a été agité magnétiquement pendant 30 minutes à l'obscurité pour assurer l'équilibre absorption-désorption. Un filtre (λ ≥ 420 nm) a été placé sur le bécher puis irradié avec une source lumineuse au xénon de 300 W (CEL-S500, Chine). Au début, les échantillons étaient prélevés toutes les 1 minute, jusqu'à 6 min, puis les échantillons étaient prélevés toutes les 2 min. Un spectrophotomètre UV-vis a été utilisé pour analyser les propriétés d'absorbance de la solution collectée. Les photocatalyseurs ont été éliminés par centrifugation (12 000 tr/min, 3 min) avant les mesures UV-vis.

Détection des espèces actives

L'expérience de piégeage a été menée de manière similaire à l'expérience de dégradation photocatalytique. Trois piégeurs différents, dont (la concentration était d'environ 1 mM) l'isopropanol (IPA, piégeur OH·), l'éthylènediaminetétraacétate disodique (EDTA, piégeur de trous) et la p-benzoquinone (BQ, O₂ · ⁻ charognard) ont été utilisés, respectivement, pour étudier les principales espèces actives générées dans le processus de photodégradation.

Résultats et discussion

Caractérisation des matériaux

La figure 1 présentait les modèles XRD de GO, rGO, Ag₃ Bon de commande₄ QD, et R-2.3. Les résultats XRD de GO et rGO ont révélé un pic de réflexion caractéristique à 2θ = 10,7° et 25°, respectivement (correspondant à un espacement d de 0,83, 0,36 nm) (Fig. 1a, b) [34]. Tous les pics XRD d'Ag₃ Bon de commande₄ peut être indexé sur la phase cubique centrée sur le corps de (JCPDS No.06-0505) (Fig. 1d). Le R-2.3 présentait un modèle XRD similaire avec de l'Ag₃ pur Bon de commande₄ Les QD et les pics de diffraction plus larges ont été attribués à la petite taille de Ag₃ Bon de commande₄ QDs, qui a été calculé comme étant d'environ 3,7 nm selon l'équation de Scherrer [35]. Aucun pic de diffraction attribué à GO et rGO n'a pu être observé dans les composites (Fig. 1c), ce qui a été attribué à la faible quantité de rGO dans le composite [36]. Pour étudier l'effet de GO sur la formation d'Ag₃ Bon de commande₄ QDs, le modèle XRD de pur Ag₃ Bon de commande₄ Les QD ont été mesurés. Les pics de diffraction de l'Ag₃ pur Bon de commande₄ Les QD pourraient être indexés sur Ag₃ cubique Bon de commande₄ . La taille moyenne d'Ag₃ pur Bon de commande₄ Les QD ont été calculés à environ 5,1 nm avec l'équation de Scherrer, qui était plus grande que celle de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ matériaux composites. Les résultats ci-dessus ont indiqué que les feuilles GO pourraient affecter la formation d'Ag₃ Bon de commande₄ QD.

Modèles XRD de a ALLEZ, b rGO, c R-2.3, et d Ag₃ Bon de commande₄ QD

La figure 2 montre les images MET des composites R-2.3. Ag₃ Bon de commande₄ Des QD qui ont une distribution de taille relativement étroite avec un diamètre de 2,81   ± 1,2 nm ont été dispersés uniformément sur une feuille rGO. L'espacement du réseau était de 0,212 et 0,190 nm, ce qui correspondait à l'espacement d des plans cristallographiques (220) et (310) de Ag₃ Bon de commande₄ , respectivement. Pour étudier les effets des ultrasons, une agitation conventionnelle a été effectuée au lieu d'un traitement par ultrasons. Les résultats ont été présentés dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S1. Ag₃ Bon de commande₄ les particules sur rGO qui ont été formées par la méthode d'agitation conventionnelle n'ont pas montré de structure uniforme et la taille de Ag₃ Bon de commande₄ est devenu plus grand que celui formé par le traitement aux ultrasons. Les résultats ci-dessus ont indiqué que le traitement par ultrasons était très efficace pour disperser et contrôler la taille de l'Ag₃ Bon de commande₄ particules sur les couches rGO [37].

Images MET de R-2.3 (a , c ), image HRTEM de R-2.3 (b ) et la distribution granulométrique (d )

La photo-réduction assistée par ultrasons réussie de GO à rGO peut être confirmée par les spectres XPS des composites GO et R-2.3, comme le montre la figure 3. Les pics situés à 131,7, 284,2, 367,2 et 530,2 eV ont été indexés sur la pics caractéristiques de P2p, Cls, Ag3d et O1s, respectivement (Fig. 3a). Les forts pics à 366,8 et 372,8 eV sont attribués à Ag ⁺ de Ag₃ Bon de commande₄ [38] (Fig. 3b). Les spectres O1s XPS de R-2.3 peuvent être divisés en deux pics, qui ont été attribués à O1s de Ag₃ Bon de commande₄ (529,5 eV) et O1s de rGO (531,3 eV) [7, 39]. Le pic de O1s de rGO (531,3 eV) s'est déplacé vers une énergie de liaison inférieure à celle de GO (531,8 eV), ce qui implique qu'il existait une interaction chimique entre rGO et Ag₃ Bon de commande₄ QDs par liaison C=O. Le spectre C1s de GO a été divisé en trois pics différents à 284,8, 286,7 et 287,7 eV, qui ont été attribués à C-C/C=C, C-O et C=O, respectivement [40, 41] (Fig. 3c). Après avoir été réduits par la lumière visible assistée par une irradiation par ultrasons (Fig. 3d), les groupes contenant de l'oxygène, en particulier C-O, C=O ont montré des intensités de pic remarquablement réduites, indiquant que la réduction de GO à rGO s'est déroulée avec succès.

XPS de a spectre d'enquête, b Ag3d, c O1s, et d C1 de GO et R-2.3

La figure 4a a montré les spectres FTIR de GO, rGO, Ag₃ Bon de commande₄ QD, et R-2.3. Les pics caractéristiques à 1725,6, 1056,5 et 1615,4 cm ^− 1 dans GO ont été attribuées aux vibrations d'étirement de carboxyle C=O, alcoxy C-O et C=C [40, 42], respectivement. Le large pic à 3000-3600 cm ^− 1 a été attribuée à la vibration d'étirement O-H [43]. Ag₃ Bon de commande₄ Les QD et les composites R-2.3 avaient des pics FT-IR similaires à 552,1 et 970,2 cm ^− 1 , qui ont été affectés aux vibrations de P-O de PO₄ ³⁻ [44]. Cela indiquait que Ag₃ Bon de commande₄ Les QD ont été collés sur des feuilles rGO. Après réduction assistée par photo-ultrasons à rGO, les pics caractéristiques (à 1725,6, 1056,5 cm ^− 1 ) est passé à des nombres d'onde inférieurs à ceux de GO, ce qui était cohérent avec les résultats de l'analyse XPS, indiquant l'existence d'une interaction de charge entre rGO et Ag₃ Bon de commande₄ dans les composites tels que préparés.

Spectres FT-IR (a ) et les spectres Raman (b ) de GO, rGO, Ag₃ Bon de commande₄ QD et R-2.3

La figure 4b montre les spectres Raman de GO, rGO, Ag₃ Bon de commande₄ QD, et R-2.3. Le spectre Raman de GO a montré deux pics caractéristiques de la bande D à 1347 cm ^− 1 et bande G à 1586 cm ^− 1 . La valeur de I _D /Je _G dans R-2.3 et dans GO était d'environ 1,039 et 0,9056, respectivement. Il était évident que le composite montrait une intensité relativement élevée de la bande D par rapport à GO, ce qui a confirmé que les feuilles de GO étaient partiellement réduites en rGO [37]. Les spectres Raman de Ag₃ Bon de commande₄ Les QD et R-2.3 ont montré trois pics distincts à 410, 566 et 714 cm ^− 1 , et ces pics ont été accrédités pour les liaisons P-O-P. Le pic fort à 907 cm ^− 1 a été soulevée par le mouvement de vibration de la liaison oxygène terminale dans les chaînes de phosphate [23].

Mécanisme de préparation de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ QD

La voie de synthèse de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Un composite QD a été proposé et illustré schématiquement sur la figure 5. Les réactions de synthèse ont été détaillées comme suit :

Illustration de la synthèse de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Composites QD via la méthode assistée par photo-ultrasons

La voie de synthèse totale pourrait être divisée en quatre étapes successives. Premièrement, Ag ⁺ et les ions oléate ont interagi électrostatiquement pour former des complexes Ag-oléate, hydrolyse de Ag ⁺ les ions pourraient être évités efficacement par ce processus. Les complexes Ag-oléate ont interagi avec l'excès d'ions oléate améliorant sa propriété hydrophile afin de se disperser dans l'eau. Les groupes d'oxygène à la surface de GO ont fourni une propriété hydrophile. Lorsque des feuilles de GO ont été ajoutées à la solution aqueuse d'Ag-oléate, les complexes Ag-oléate s'adsorberont préférentiellement sur ces groupes fonctionnels contenant de l'oxygène (Eq. (1)). Deuxièmement, les réactions entre Ag ⁺ et PO₄ ³⁻ a procédé à la formation d'Ag₃ Bon de commande₄ QDs sur la surface GO (Eq. (2)). Troisièmement, lorsque GO-Ag₃ Bon de commande₄ Les QD ont été soniqués en solution, les paires électron-trou stimulées par ultrasons à partir d'Ag₃ Bon de commande₄ QDs quand GO-Ag₃ Bon de commande₄ QDs a été irradié avec de la lumière visible dans une solution d'éthanol. En même temps, ·H et H₂ O₂ ont été produites par irradiation ultrasonore. En fin de compte, GO a été réduit en rGO par ·H et a accepté les électrons photo-générés de la bande de conduction (CB) de Ag₃ Bon de commande₄ . En conséquence, rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Le composite QD a été obtenu par réduction assistée par photo-ultrasons.

Propriétés optiques de la photocatalyse

Les spectres d'absorption UV-vis de Ag₃ Bon de commande₄ QDs et rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Des QD avec un rapport de masse différent de rGO ont été montrés sur la figure 6a. La longueur d'onde d'absorbance de l'Ag₃ pur Bon de commande₄ Les QD étaient inférieurs à 530 nm ; inversement, rGO/Ag₃ Bon de commande₄ La structure des composites QD a montré une longueur d'onde étendue (>  530 nm) et son intensité a augmenté avec l'augmentation du contenu en rGO avant qui atteignait 2,3 %, et diminuait après. Cela peut être attribué à la présence de carbone dans rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Les QD réduisent la réflexion de la lumière [45]. D'après la fonction de Kubelka-Munk [46], nous pouvons obtenir les bandes interdites des photocatalyseurs comme le montrent la figure 6b et le fichier supplémentaire 1 :figure S2 ; la bande interdite de R-2.3 a été calculée à 1,62 eV, ce qui est inférieur à l'Ag₃ pur Bon de commande₄ QD (2,23 eV). L'énergie de bande interdite relativement étroite peut être attribuée à l'effet synergique selon lequel la somme de l'effet total est supérieure à l'effet unique après différents types de dispersion pour interagir entre rGO et Ag₃ Bon de commande₄ QDs [47], qui conduisent à améliorer l'efficacité d'utilisation du spectre solaire des photocatalyseurs [36].

un Spectres UV-vis DRS de Ag₃ Bon de commande₄ QDs, R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5, R-3 composites et b les parcelles de (αhν) ² par rapport à par exemple

Activité photocatalytique et stabilité

Pour comprendre les facteurs d'influence sur le processus expérimental de l'activité photocatalytique, les effets de différentes masses de tensioactif ont été étudiés comme indiqué dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S3. Les échantillons ont été préparés lorsque les autres conditions sont restées constantes. Le résultat a montré que les activités photocatalytiques augmentaient avec l'augmentation de la masse de tensioactif mais diminuaient après plus de 0,5 g, comme le montre le fichier supplémentaire 1 :Figure S3, ce qui peut être attribué aux ions oléate excessifs qui ont limité Ag_{3 Bon de commande4 Distribution de la taille des QDs sur la surface rGO [35]. Cela conduit à la diminution des activités photocatalytiques. Par rapport à l'Ag3 pur Bon de commande4 QDs, la concentration de MB a diminué rapidement pour rGO/Ag3 Bon de commande4 Composites QD (Fig. 7a). Ce résultat a indiqué que la réaction photocatalytique était liée à l'existence de sites actifs [48, 49]. Lorsque la teneur en rGO était de 2,3 %, l'activité photocatalytique la plus élevée était apparue et pouvait dégrader le MB de 97,46 % pendant 5 min. Cela peut être attribué à l'hétérojonction rGO-semiconducteur, qui avait effectivement profité du transfert de charge des nanofeuillets rGO sous irradiation de lumière visible [23]. Dans les mêmes conditions, lors de l'augmentation de la teneur en rGO à 3%, les résultats ont prouvé qu'une charge excessive de rGO pouvait réduire l'absorption du colorant et des photons sur Ag3 Bon de commande4 [23]. Surtout, rGO/Ag3 Bon de commande4 Les composites QD ont affiché des performances photocatalytiques supérieures à celles de l'Ag3 pur Bon de commande4 QDs et Ag3 basés sur rGO Bon de commande4 composites [23, 50]. Les électrons photoexités(e ⁻ ) pourrait transférer du CB de Ag3 Bon de commande4 Les QD vers rGO et rGO dans les composites pourraient servir d'autoroute pour le transfert d'électrons afin de supprimer le e ⁻ -h ⁺ recombinaison, qui explique l'efficacité remarquablement améliorée de la photo-conversion [51]. De plus, le transfert de charge interfacial pourrait être facilité en raison de la plus grande surface superficielle de rGO [52, 53]. En plus de cela, l'efficacité de dégradation photocatalytique du composite R-2.3 sur différents colorants organiques a été étudiée, comme indiqué dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S4.}

un Dégradation photocatalytique du MB par Ag₃ Bon de commande₄ QDs, composites R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5 et R-3, b constantes de vitesse correspondantes (k) des échantillons pour la dégradation photocatalytique du MB, c expériences de recyclage du R-2.3 pour la dégradation du MB, et d Modèles XRD avant et après les expériences de recyclage

Pour tester la stabilité du composite R-2.3, les expériences de cyclage du composite pour MB ont été réalisées (Fig. 7c). Les résultats ont révélé que les composites R-2.3 présentaient une stabilité photocatalytique plus élevée après cinq cycles, tout en maintenant son efficacité de dégradation jusqu'à 90 %, indiquant la bonne stabilité photocatalytique. Et cela peut être bénéficié de l'e ⁻ photo-généré efficace -h ⁺ séparation. De plus, le modèle XRD de R-2.3, qui a été utilisé pendant cinq cycles est illustré sur la figure 7d, et aucun pic évident sur Ag n'est observé, cela peut être attribué au fait que rGO pourrait faciliter le transfert d'électrons vers Ag_{3 Bon de commande4 QDs et diminution de la photocorrosion de Ag3 Bon de commande4 QD [23].}

Mécanisme des performances photocatalytiques améliorées

Les résultats expérimentaux susmentionnés ont indiqué que les performances photocatalytiques de Ag₃ Bon de commande₄ a été amélioré en combinant Ag₃ Bon de commande₄ avec des feuilles rGO, qui a été attribuée au transfert et à la séparation rapides des e ⁻ photogénérés -h ⁺ paires dans les composites [23]. Les spectres de photoluminescence (PL) ont été réalisés pour étudier l'e ⁻ -h ⁺ processus de migration, de transfert et de recombinaison de paires dans les semi-conducteurs [54, 55]. La figure 8a a montré les spectres PL des échantillons. Les spectres PL des QDs rGO/Ag3PO4 ont montré un taux de recombinaison inférieur de e ⁻ photogénéré -h ⁺ paires par rapport à Ag₃ Bon de commande₄ QDs, indiquant que plus d'e ⁻ photogénérés et h ⁺ peut participer à la réaction de réduction et d'oxydation; cela pourrait conduire au déclin de la recombinaison des e ⁻ photogénérés -h ⁺ paires dans Ag₃ Bon de commande₄ dans les composites. Par conséquent, rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Le composite QD a montré une activité photocatalytique supérieure à celle de Ag₃ Bon de commande₄ QD.

un Spectres de photoluminescence de Ag₃ Bon de commande₄ QD, R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5 et R-3 et b l'effet de différents quenchers sur la dégradation photocatalytique du MB

Pour confirmer davantage les principales espèces actives dans le processus de photocatalyse sur rGO/Ag₃ Bon de commande₄ QDs, MB a été utilisé comme polluant. Les résultats sont présentés à la figure 8b. Ici, après l'ajout d'isopropanol (comme piégeur de radicaux hydroxyles) [56], l'activité catalytique de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ QDs n'a évidemment pas été affecté; lorsque l'EDTA (comme capture de trous) [57] a été ajouté, la dégradation photocatalytique du MB a été fortement inhibée. Cependant, lorsque la p-benzoquinone (BQ, O₂ · ⁻ scavenger) a été ajouté, la désactivation de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ QDs était incontournable. Les résultats ci-dessus ont illustré que les trous et O₂ · ⁻ les radicaux étaient les principales espèces actives dans le processus de photocatalyse.

Le mécanisme de dégradation photocatalytique des colorants organiques par rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Les QD sont illustrés à la figure 9. Lors de l'exposition à la lumière visible, Ag₃ Bon de commande₄ QDs était photoexcité et les électrons étaient excités de la bande de valence à la bande de conduction ; après cela, les électrons pourraient être transférés à rGO en raison de l'effet du champ électrique, puis les électrons ont été retransférés à la surface de rGO pour participer à la réaction photocatalytique. rGO pourrait séparer efficacement e ⁻ -h ⁺ paires, ainsi profité du transfert des électrons [23] et conduit à l'activité photocatalytique favorisée de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Composites QD.

Le mécanisme de dégradation photocatalytique des colorants organiques à la surface de rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Composites QD

Conclusions

Un nouveau rGO/Ag₃ Bon de commande₄ Le composite QD a été préparé via une méthode de réduction assistée par photo-ultrasons facile. Le rGO/Ag₃ obtenu Bon de commande₄ Les composites QD ont présenté une meilleure activité photocatalytique sous la lumière visible et supérieure à l'Ag₃ pur Bon de commande₄ QDs seuls. Cela était dû à l'e ⁻ efficace -h ⁺ séparation des paires et transfert rapide des électrons dans ces hétérojonctions. Les fiches rGO ont effectivement favorisé la séparation des e ⁻ et h ⁺ et transfert rapide des électrons dans les photocatalyseurs à hétérostructure. Des expériences de piégeage des radicaux libres ont indiqué que h ⁺ joué un rôle important dans la dégradation photocatalytique des colorants. Il était clair que la méthode assistée par ultrasons était un moyen facile et économique de préparer Ag₃ sensible à la lumière visible et hautement efficace Bon de commande₄ Composites basés sur des QD.

Abréviations

2D :

Bidimensionnel

BQ :

p-benzoquinone

CB :

Bande de conduction

CVD :

Dépôt chimique en phase vapeur

EDTA :

Ethylènediaminetétraacétate disodique

GO :

Oxyde de graphène

IPA :

Isopropanol

Mo :

Bleu de méthylène

MO :

Orange de méthyle

QD :

Points quantiques

R-1.5, R-2, R-2.3, R-2.5 et R-3 :

Contenu de rGO dans les composites 1,5, 2,0, 2,3, 2,5 et 3,0 % en poids

rGO :

Graphène

RhB :

Rhodamine B

W_composite :

Poids des composites

W_rGO :

Poids du graphème