Fabrication d'hétérostructures en Z Ag3PO4/TiO2 pour améliorer l'activité photocatalytique visible

Résumé

Dans cet article, une étude synthétique du composite Ag₃ Bon de commande₄ /TiO₂ photocatalyseur, synthétisé par une méthode simple en deux étapes, est réalisé. Des outils de caractérisation supplémentaires tels que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage, la microscopie électronique à transmission, la microscopie électronique à transmission haute résolution, la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie, la spectroscopie photoélectronique à rayons X et la spectroscopie à réflectance diffuse UV-vis ont été adoptés dans cette recherche . Les résultats ont montré qu'une morphologie hautement cristalline et bonne peut être observée. Dans l'expérience des performances photocatalytiques, TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ montre la meilleure activité photocatalytique, et le taux de dégradation photocatalytique atteint presque 100 % après illumination pendant 25 min. La constante de vitesse de réaction de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ est le plus grand, qui est de 0,02286 min⁻¹ , le double de Ag₃ Bon de commande₄ et 6,6 fois celle de la valeur minimale de TiO₂ 400. L'effet de dégradation du TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ montre une bonne stabilité après recyclage du photocatalyseur quatre fois. Des expériences de piégeage des espèces catalytiques actives révèlent que les principaux facteurs sont les trous (h⁺ ) et les anions superoxydes (O·− 2), tandis que le radical hydroxyle (·OH) joue partiellement la dégradation. Sur cette base, un Z -schéma du mécanisme de réaction de Ag₃ Bon de commande₄ /TiO₂ une structure hétérogène est mise en avant et son mécanisme de dégradation est exposé.

Contexte

Les photocatalyseurs semi-conducteurs ont suscité un intérêt croissant en raison de leur utilisation intensive dans la dégradation des polluants organiques et les cellules solaires [1,2,3,4,5,6]. En tant que représentant des photocatalyseurs à base de semi-conducteurs, TiO₂ a été largement étudiée en raison de ses excellentes propriétés physico-chimiques [7, 8]. Cependant, le TiO₂ pur photocatalyseur présente certains inconvénients dans des applications pratiques telles que sa large bande interdite (3,2 eV pour l'anatase et 3,0 eV pour le rutile), ce qui conduit à une mauvaise réponse visible.

Un composé à base d'argent tel que Ag₂ O, AgX (X =Cl, Br, I), Ag₃ Bon de commande₄ , Ag₂ CrO₄ , ont été récemment utilisés pour des applications photocatalytiques [9,10,11,12]. Entre autres, l'orthophosphate d'argent (Ag₃ Bon de commande₄ ) a déjà attiré l'attention de nombreux chercheurs car Ag₃ Bon de commande₄ a une bande interdite de 2,45 eV et une forte absorption à moins de 520 nm. Le rendement quantique de Ag₃ Bon de commande₄ est supérieur à 90 %. C'est un bon photocatalyseur à lumière visible. Cependant, en raison de la formation d'Ag⁰ à la surface du catalyseur (4Ag₃ Bon de commande₄ + 6H₂ O + 12h⁺ + 12e⁻ → 12Ag⁰ + 4H₃ Bon de commande₄ + 3O₂ ) lors de la réaction photocatalytique, la réutilisation d'Ag₃ Bon de commande₄ est un problème majeur. Par conséquent, il est courant de réduire la corrosion photocatalytique de Ag₃ Bon de commande₄ et assurer une bonne activité catalytique de Ag₃ Bon de commande₄ . Sur la base des précédents de la littérature, il est connu que le compoundage peut améliorer efficacement les performances photocatalytiques des deux matériaux semi-conducteurs. Après la composition, l'effet de séparation des électrons et des trous photogénérés est renforcé, contribuant à améliorer l'activité photocatalytique des matériaux composites. De nombreux chercheurs ont étudié les hétérojonctions telles que Bi₂ O₃ -Bi₂ WO₆ , TiO₂ /Bi₂ WO₆ , ZnO/CdSe et Ag₃ Bon de commande₄ /TiO₂ [2, 13,14,15]. Par rapport aux photocatalyseurs monophasés, les photocatalyseurs à hétérojonction peuvent étendre la plage de réponse lumineuse en couplant des matériaux de structure électronique adaptés. Et en raison de l'effet synergique entre les composants, la charge peut être transférée de plusieurs manières pour améliorer encore l'activité photocatalytique à hétérojonction.

Sur la base de l'analyse ci-dessus, Ag₃ Bon de commande₄ -Les composites semi-conducteurs à effet d'amélioration synergique ont été conçus pour améliorer les défauts de recombinaison des porteurs et Ag₃ Bon de commande₄ -composés semi-conducteurs à base de performances catalytiques. Dans cet article, TiO₂ de taille nanométrique a été préparé par méthode solvothermique, puis les nanoparticules de TiO₂ 400 ont été déposés à la surface d'Ag₃ Bon de commande₄ à température ambiante pour obtenir TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ matériaux composites. L'activité photocatalytique du TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ le composite a été testé avec un colorant RhB (rhodamine B).

Méthodes

Préparation hydrothermale de TiO de taille nanométrique₂

0,4 g de P123 ont été ajoutés à une solution mixte contenant 7,6 mL d'éthanol absolu et 0,5 mL d'eau déminéralisée et agités jusqu'à ce que P123 soit complètement dissous. La solution clarifiée a été étiquetée comme solution A. Ensuite, une solution mixte contenant 2,5 mL de titanate de butyle (TBOT) et 1,4 mL d'acide chlorhydrique concentré (12 mol/L) a été préparée et étiquetée comme solution B. La solution B a été ajoutée goutte à goutte à la solution A. Après agitation pendant 30 min, 32 mL d'éthylène glycol (EG) ont été ajoutés à la solution et agités pendant 30 min. Ensuite, la solution a été placée dans un four à 140°C, haute température et haute pression pendant 24h. Refroidissement naturel, lavage centrifuge, séparation, récupération des sédiments et séchage à l'étuve à 80°C pendant 8 h. La précipitation blanche a été calcinée dans un four à moufle à différentes températures (300 °C, 400 °C, 500 °C) et marquée comme réserve de TiO₂ 300, TiO₂ 400, et TiO₂ 500, respectivement.

Préparation du TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ Photocatalyseur

Le 0,1 g TiO₂ de la poudre a été ajoutée à la solution de nitrate d'argent de 30 mL contenant 0,612 g d'AgNO₃ puis traité par ultrasons pendant 30 min pour faire du TiO₂ dispersés uniformément. Nous avons ajouté une solution de 30 ml contenant 0,43 g de Na₂ HPO₄ .12H₂ O et agité 120 min à température ambiante. Par centrifugation, nettoyage avec de l'eau déminéralisée et de l'éthanol anhydre, les précipités ont été séparés, collectés et séchés à 60°C. Les produits ont été nommés TiO₂ 300/Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO_4, et TiO₂ 500/Ag₃ Bon de commande₄ , respectivement. Ag₃ Bon de commande₄ a été préparé sans ajout de TiO₂ dans les mêmes conditions que le procédé ci-dessus.

Caractérisation

Les diagrammes de diffraction des rayons X (XRD) des échantillons obtenus ont été réalisés sur un diffractomètre à rayons X D/MaxRB (Japon), qui a un Cu-Ka de 35 kV avec une vitesse de balayage de 0,02° s⁻¹ , allant de 10 à 80°. Un assemblage de microscopie électronique à balayage (SEM), JEOL, JSM-6510 et JSM-2100 pour la microscopie électronique à transmission (TEM) avec spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX) a été utilisé pour étudier sa morphologie à une tension d'accélération de 10 kV. Les informations de spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) ont été recueillies à l'aide d'un spectromètre d'électrons ESCALAB 250 sous un rayonnement Cu Kα de 300 W. La pression de base était d'environ 3 × 10⁻⁹ mbar, Combine pour se référer à la ligne C1s au carbone amorphe 284,6 eV.

Mesure de l'activité photocatalytique

Les performances photocatalytiques du TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ catalyseurs a été testé en utilisant la photodégradation de RhB en solution aqueuse comme objet de recherche. Cinquante milligrammes du photocatalyseur ont été mélangés avec 50 mL de solution aqueuse de RhB (10 mg L⁻¹ ) et agité dans l'obscurité pendant un certain temps avant illumination pour assurer l'équilibre d'adsorption. Dans le processus de réaction, de l'eau de refroidissement est utilisée pour maintenir la température du système constante à la température ambiante. Une lampe au xénon de 1000 W fournit un éclairage pour simuler la lumière visible. Le spectrophotomètre UV/Vis LAMBDA35 a été utilisé pour caractériser la concentration (C ) changement de solution RhB à λ = 553 nm. Le taux de décoloration est indiqué en fonction du temps vs C _t /C ₀ . Où C ₀ est la concentration avant illumination, et C _t est la concentration après illumination. Les catalyseurs usagés ont été récupérés pour détecter la stabilité de cycle des catalyseurs. L'expérience a été répétée quatre fois.

Résultats et discussion

L'analyse XRD est utilisée pour déterminer la structure de phase et le type cristallin du catalyseur. Les spectres XRD des catalyseurs préparés ont été montrés sur la figure 1, y compris TiO₂ 400, Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 300/Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , et TiO₂ 500/Ag₃ Bon de commande₄ . Il peut être obtenu à partir de la figure que la structure cristalline de TiO₂ 400 est l'anatase (JCPDS n° 71-1166). Dans les spectres XRD de Ag₃ Bon de commande₄ , les pics de diffraction situés à 20,9°, 29,7°, 33,3°, 36,6°, 47,9°, 52,7°, 55,1°, 57,4°, 61,7° et 72,0° appartiennent aux pics caractéristiques de (110), (200), (210), (211), (310), (222), (320), (321), (400) et (421) plans de Ag₃ Bon de commande₄ (JCPDS n° 70-0702), respectivement. Les photocatalyseurs composites synthétisés ont montré des pics caractéristiques compatibles avec TiO₂ et Ag₃ Bon de commande₄ , et les pics caractéristiques de TiO₂ étaient de 25,3° au composite TiO₂ , TiO₂ 300/Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 500/Ag₃ Bon de commande₄ , ce qui était cohérent avec la température de calcination de TiO₂ augmenter, la cristallinité de TiO₂ devient plus élevé.

Les modèles XRD des échantillons tels que préparés

La figure 2 montre les diagrammes SEM, TEM et EDX des catalyseurs de TiO₂ 400, Ag₃ Bon de commande₄ , et TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ . La figure 2a est la nanostructure sphérique TiO₂ 400 préparé par méthode solvothermique avec un diamètre allant de 100 à 300 nm. La figure 2b est l'Ag₃ Bon de commande₄ cristal à structure hexaédrique régulière. Sa granulométrie varie de 0,1 à 1,5 µm et présente une surface assez lisse. La figure 2c est l'image SEM du composite TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ . On constate que les nanoparticules de TiO₂ 400 sont déposés à la surface d'Ag₃ Bon de commande₄ . La morphologie du TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ a été exploré plus avant avec le TEM et le diagramme TEM de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ est affiché sur la figure 2d. On peut observer que du TiO₂ de taille nanométrique à 200 nm les particules adhèrent à la surface d'Ag₃ Bon de commande₄ . La figure 2e est le HRTEM de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ . On peut fonder que TiO₂ les particules sont étroitement liées à Ag₃ Bon de commande₄ , et l'espacement du réseau de TiO₂ 400 et Ag₃ Bon de commande₄ sont respectivement de 0,3516 et 0,245 nm, correspondant aux surfaces (101) et (211) de TiO₂ et Ag₃ Bon de commande₄ . La figure 2f est le diagramme EDX de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ . On peut voir que l'échantillon se compose de quatre éléments :Ti, O, Ag et P. Le pic de diffraction évident de l'élément cuivre est produit par la source d'excitation EDX, Cu Ka. L'EDX a confirmé les éléments chimiques correspondants de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ . En conclusion, on peut clairement juger que TiO₂ est chargé à la surface d'Ag₃ Bon de commande₄ cristaux sous forme granulaire et a une bonne morphologie d'hexaèdre.

Images SEM de photocatalyseurs préparés :a TiO₂ 400, b Ag₃ Bon de commande₄ , c TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , d Image TEM de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , e Image HRTEM de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , et f motif EDX correspondant de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄

La spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) du produit est étudiée sur la figure 3. La figure 3a est le spectre XPS d'étude du produit. Ti, O, Ag, P et C cinq éléments peuvent être observés dans le graphe, dont C est la base, ce qui implique que le composite a coexisté avec TiO₂ et Ag₃ Bon de commande₄ . La figure 3b est le spectre haute résolution de Ag 3d. Les deux pics principaux étaient centrés à l'énergie de liaison 366,26 eV et 372,29 eV, attribués respectivement à Ag 3d5/2 et Ag 3d3/2. Il montre que Ag est principalement Ag⁺ dans le photocatalyseur de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ [16]. La figure 3c montre le pic XPS de P 2p, qui correspond à P⁵⁺ dans le bon de commande₄ ³⁺ structure à 131,62 eV. Deux pics situés à 457,43 eV et 464,58 eV peuvent être attribués à Ti 2p3/2 et Ti 2p1/2 dans le spectre XPS de l'orbitale Ti 2p (Fig. 3d). La figure 3e est le XPS de O 1s. Le pic entier peut être divisé en trois pics caractéristiques, 528,9 eV, 530,2 eV et 532,1 eV. Les pics à 528,9 eV et 530,2 eV sont attribués à l'oxygène dans Ag₃ Bon de commande₄ et TiO₂ treillis, respectivement. Les pics à 532,1 eV indiquent les hydroxyles ou l'oxygène adsorbé à la surface du TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ . Les résultats de l'analyse XPS prouvent en outre que Ag₃ Bon de commande₄ et TiO₂ ont été aggravés.

Spectre XPS de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ :a scan d'enquête, b Ag 3d, c P 2p, d Ti 2p, et e O1

Les spectres d'absorption de réflectance diffuse UV-Vis des catalyseurs de TiO₂ 400, Ag₃ Bon de commande₄ , et TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ sont présentés sur la figure 4a. On peut voir sur la figure que les longueurs d'onde de coupure d'absorption optique de TiO₂ 400 et Ag₃ Bon de commande₄ sont respectivement de 400 et 500 nm. Quand Ag₃ Bon de commande₄ est chargé sur TiO₂ 400, la plage d'absorption de la lumière du composite s'élargit évidemment à 500-700 nm, indiquant qu'il existe une interaction entre Ag₃ Bon de commande₄ et TiO₂ 400 dans le système composite de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , et le mécanisme nécessite une étude plus approfondie. Bande passante de Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 400, et TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ catalyseurs est calculé avec la formule de Kubelka-Munk [17] :

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

TiO₂ 400, Ag₃ Bon de commande₄ , et TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ catalyseurs :a UV-Vis DRS, b parcelles de (α hv)^1/2 versus énergie (hv)

où A , hv, c , et Eg sont respectivement le coefficient d'absorption, l'énergie du photon incident, la constante d'absorption et l'énergie de la bande interdite. La valeur de n pour le semi-conducteur direct est de 1/2, et celui pour le semi-conducteur indirect est de 2. Anatase TiO₂ et Ag₃ Bon de commande₄ sont des semi-conducteurs indirects, donc n prend 2.

Les parcelles représentant (α hv)^1/2 par rapport à l'énergie photonique incidente (hv) de la figure 4b indique les diagrammes d'énergie de bande interdite (Eg) de Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 400, et TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ les catalyseurs sont respectivement de 2,45 eV, 3,1 eV et 2,75 eV. Cela prouve encore que TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ est un bon photocatalyseur de lumière visible avec une largeur de bande interdite appropriée et une capacité de capture de lumière visible.

Dégradation photocatalytique de RhB par TiO₂ 400, Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 300/Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , et TiO₂ 500/Ag₃ Bon de commande₄ a été étudiée sur la figure 5a. Les résultats ont montré que le TiO₂ pur 400 avait le pire effet photocatalytique, et le taux de dégradation photocatalytique n'était que de 30 % en 25 min. L'efficacité de dégradation photocatalytique de l'Ag₃ pur Bon de commande₄ était de 69% après 25 min d'irradiation. Le taux de dégradation photocatalytique du TiO₂ 300/Ag₃ Bon de commande₄ atteint 40% après 25 min. Le taux de dégradation photocatalytique du TiO₂ 500/Ag₃ Bon de commande₄ était de 80% après 25 min d'irradiation. La meilleure activité photocatalytique était TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , et 100 % de RhB ont été décomposés après 25 min d'éclairage.

un Effets de différents catalyseurs sur la dégradation photocatalytique de RhB sous lumière visible. b Tracés d'ajustement cinétique de premier ordre de la dégradation photocatalytique de RhB avec différents catalyseurs. c Pistes cyclables de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ . d Expériences de piégeage d'espèces actives

La figure 5b a étudié le modèle cinétique de dégradation photocatalytique de RhB. A partir de la figure, la photodégradation de RhB a été suivie d'une cinétique de pseudo-premier ordre et de la constante de vitesse de réaction (k ) a été calculé avec la pente des courbes d'ajustement. La constante de vitesse de réaction (k ) les valeurs de chaque échantillon ont été présentées dans le tableau 1. Les constantes de vitesse de réaction de TiO₂ 400, Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 300/Ag₃ Bon de commande₄ , TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ , et TiO₂ 500/Ag₃ Bon de commande₄ étaient 0,00345 min⁻¹ , 0,01148 min⁻¹ , 0,00525 min⁻¹ , 0,02286 min⁻¹ , et 0,01513 min⁻¹ , respectivement. L'échantillon TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ a la plus grande constante de vitesse de réaction, qui est de 0,02286 min⁻¹ , le double de Ag₃ Bon de commande₄ et 6,6 fois celle de la valeur minimale de TiO₂ 400. Cela indique que la combinaison de Ag₃ Bon de commande₄ et TiO₂ peut grandement contribuer à l'amélioration d'Ag₃ Bon de commande₄ activité photocatalytique.

La figure 5c est le résultat du test de stabilité de quatre fois la dégradation de la solution de RhB par recyclage de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ . L'effet de dégradation du TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ montre une bonne stabilité dans quatre temps de recyclage, et dans l'expérience du quatrième cycle, l'effet de dégradation de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ était légèrement supérieur à celui du troisième cycle. Cela peut être dû à la formation de matériau composite entre Ag₃ Bon de commande₄ et TiO₂ pour accélérer le transfert photogénéré de paires électron-trou et la formation in situ d'une petite quantité d'Ag dans Ag₃ Bon de commande₄ pendant la photocatalyse pour inhiber une nouvelle photo-corrosion.

Les résultats de TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ les facteurs de capture sont indiqués sur la figure 5d. Après l'ajout d'agent de piégeage IPA, l'activité de dégradation a diminué partiellement. Lorsque BQ et TEOA ont été ajoutés, le degré de dégradation de RhB a diminué de manière significative, même proche de 0. On peut donc en déduire que les principaux facteurs sont les trous (h⁺ ) et les anions superoxyde (O·− 2), tandis que le radical hydroxyle (·OH) joue partiellement la dégradation.

Un mécanisme possible de dégradation photocatalytique du schéma Z a été proposé dans le schéma 1 pour étendre la dégradation photocatalytique de RhB par TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ basé sur des expériences de capture de radicaux libres et de photodégradation. La bande interdite de Ag₃ Bon de commande₄ est de 2,45 eV, et son E _CB et E _VB les potentiels sont d'environ 0,45 eV et 2,9 eV (vs NHE) [18], respectivement. Comme le montre le schéma 1, sous irradiation de lumière visible, Ag₃ Bon de commande₄ est stimulé par des photons avec une énergie supérieure à sa bande interdite pour produire des paires électron-trou photogénérées. Les trous laissés dans la bande de valence de Ag₃ Bon de commande₄ migré vers la bande de valence de TiO₂ puis participé directement au processus d'oxydation et de décomposition du RhB, qui s'adsorbe à la surface du TiO₂ . Parallèlement, lors de la migration des trous photogénérés, le H₂ O et OH⁻ adsorbé sur la surface composite peut également être oxydé pour former ·OH, et le ·OH hautement oxydant peut oxyder et dégrader davantage les polluants. Ceci est principalement dû à l'énergie des trous dans la bande de valence de Ag₃ Bon de commande₄ qui est de 2,9 eV, supérieure à l'énergie potentielle de réaction de OH⁻ /OH (E(OH⁻ /OH) = 1.99 eV (vs. NHE)). Cependant, le potentiel de conduction de Ag₃ Bon de commande₄ est de 0,45 eV, l'énergie des électrons photogénérés est de 0,45 eV et l'énergie d'activation de l'oxygène à électron unique est E(O₂ /O·− 2) = 0.13 eV (vs NHE). Les électrons photogénérés sur Ag₃ Bon de commande₄ la bande de conduction ne peut pas être capturée par l'oxygène dissous. Avec l'accumulation d'électrons photogénérés sur Ag₃ Bon de commande₄ bande conductrice, une petite quantité de nanoparticules d'Ag s'est formée en raison de la corrosion photocatalytique d'Ag₃ Bon de commande₄ photocatalyseur. Les nanoparticules d'Ag formées peuvent également être stimulées par l'énergie lumineuse pour former des paires électron-trou photogénérées. Puis les électrons ont migré vers la bande de conduction de TiO₂ , tandis que les trous laissés sur les nanoparticules d'Ag peuvent être combinés avec les électrons photogénérés générés sur la bande de conduction d'Ag₃ Bon de commande₄ , empêchant ainsi la corrosion supplémentaire de Ag₃ Bon de commande₄ photocatalyseur. En raison de la bande interdite de TiO₂ est de 3,1 eV, il ne peut pas être excité sous la lumière visible et le E _CB et E _VB sont env. − 0,24 eV et 2,86 eV (vs NHE), respectivement. Électrons injectés dans TiO₂ la bande de conduction peut dégrader les polluants en piégeant l'oxygène adsorbé sur le TiO₂ surface. Ceci est principalement dû au E _CB = − 0.24 eV (vs. NHE) qui est plus négatif que E(O₂ /O·- 2) = 0.13 eV (vs NHE). Les résultats sont en accord avec les expériences de piégeage. Les principaux facteurs sont les trous (h⁺ ) et les anions superoxyde (O·- 2), tandis que le radical hydroxyle (·OH) joue partiellement la dégradation.

Illustration schématique du mécanisme photocatalytique du TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄

Sur la base de la discussion ci-dessus, la réaction de dégradation de TiO₂ /Ag₃ Bon de commande₄ est exprimé par l'équation chimique comme suit :

Génération de paires de trous de photoélectrons :

$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4+\mathrm{hv}\to {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}} _4\gauche({\mathrm{e}}^{-}\right)+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\gauche({\mathrm{h}} ^{+}\right) $$$$ {\mathrm{Ag}}^{+}+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm {e}}^{-}\right)\to \mathrm{Ag}+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4 $$$$ \mathrm{Ag}+ \mathrm{hv}\to \mathrm{Ag}\left({\mathrm{e}}^{-}\right)+\mathrm{Ag}\left({\mathrm{h}}^{+}\ à droite) $$

Migration et transformation de paires d'électrons de trous photogénérés :

$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm{h}}^{+}\right)+\mathrm{Ti}{\mathrm{ O}}_2\à \mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\left({\mathrm{h}}^{+}\right)+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P} {\mathrm{O}}_4 $$$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm{e}}^{-}\right) +\mathrm{Ag}\gauche({\mathrm{h}}^{+}\right)\to \mathrm{Ag}+{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O} }_4 $$$$ \mathrm{Ag}\left({\mathrm{e}}^{-}\right)+\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\à \mathrm{Ti}{ \mathrm{O}}_2\left({\mathrm{e}}^{-}\right)+\mathrm{Ag} $$$$ \mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\left( {\mathrm{e}}^{-}\right)+{\mathrm{O}}_2\à {\mathrm{O}}_2^{\cdotp -}+\mathrm{Ti}{\mathrm{O }}_2 $$$$ {\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\left({\mathrm{h}}^{+}\right)+0{\mathrm {H}}^{-}\à \mathrm{OH}\cdotp +{\mathrm{Ag}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4 $$

Dégradation des polluants :

$$ \mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\left({\mathrm{h}}^{+}\right)+\mathrm{RhB}\to \mathrm{Dégradation}\ \mathrm{produit }+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O} $$$$ {\mathrm{O}}_2^{\cdotp -}+\mathrm{RhB}\to \mathrm{Dégradation}\ \mathrm{produit}+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O} $$$$ \mathrm{OH}\cdotp +\mathrm{RhB }\à \mathrm{Dégradation}\ \mathrm{produit}+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O}+{\mathrm{Cl}}^{-} $ $

Conclusions

En résumé, une étude complète du composite Ag₃ Bon de commande₄ /TiO₂ photocatalyseur, préparé par une méthode simple en deux étapes est présenté. Des outils de caractérisation complémentaires tels que la diffraction des rayons X (XRD), la microscopie électronique à balayage (MEB), la microscopie électronique à transmission (MET), la microscopie électronique à transmission haute résolution (HR-TEM), la spectroscopie à dispersion d'énergie (EDX), X La spectroscopie photoélectronique (XPS) et la spectroscopie de réflectance diffuse UV-vis (DRS) ont été utilisées dans cette étude. Les résultats ont montré que le composite Ag₃ Bon de commande₄ /TiO₂ photocatalyseur est hautement cristallin et a une bonne morphologie. Pour Ag₃ Bon de commande₄ /TiO₂ dégradation de RhB, TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ montre l'activité photocatalytique la plus élevée. Après 25 min de réaction, le taux de dégradation photocatalytique atteint presque 100%. La constante de vitesse de réaction de TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ est de 0,02286 min⁻¹ , qui est le double de Ag₃ Bon de commande₄ et 6,6 fois celle de la valeur minimale de TiO₂ 400. Le TiO₂ 400/Ag₃ Bon de commande₄ présente également une bonne stabilité après recyclage quatre fois. Les principales espèces catalytiques actives sont les trous (h⁺ ) et les anions superoxyde (O·− 2), tandis que le radical hydroxyle (·OH) joue partiellement la dégradation à partir des expériences de piégeage. De plus, un mécanisme de réaction de schéma Z de Ag₃ Bon de commande₄ /TiO₂ Une structure hétérogène est proposée pour expliquer le mécanisme de dégradation de RhB. L'accumulation d'électrons photogénérés sur Ag₃ Bon de commande₄ la bande conductrice provoque une photogravure de Ag₃ Bon de commande₄ photocatalyseur pour former une petite quantité de nanoparticules d'Ag, accélérant par conséquent le transfert d'électrons photogénérés dans l'Ag₃ Bon de commande₄ bande de conduction, empêchant ainsi d'autres Ag₃ Bon de commande₄ corrosion du photocatalyseur.

Disponibilité des données et des matériaux

Les auteurs déclarent que les matériaux et la date sont rapidement disponibles pour les lecteurs sans qualifications indues dans les accords de transfert de matériel. Toutes les données générées dans cette étude sont incluses dans cet article.