Fabrication et activité photocatalytique d'hétérostructures Ag3PO4/T-ZnOw

Introduction

La pollution des eaux usées par les colorants provenant des industries textiles a été un problème environnemental majeur au cours des dernières décennies en raison de la non-biodégradabilité et de la cancérogénicité potentielle. Actuellement, les chercheurs ont exploré diverses techniques pour traiter les polluants dans les eaux usées. La technologie de photocatalyse à semi-conducteurs a été considérée comme un moyen efficace pour la purification de l'eau polluée [1,2,3,4,5,6]. L'oxyde de zinc (ZnO), un matériau photocatalytique respectueux de l'environnement, a été largement étudié en raison de ses caractéristiques de faible coût, de contrôlabilité élevée et de stabilité thermique et chimique [7,8,9,10,11]. Malheureusement, la large bande interdite (3,37  eV) du ZnO limite ses applications pratiques à grande échelle dans la lumière visible [12]. De plus, le faible taux de séparation des paires électron-trou photogénérées limite également les performances photocatalytiques du ZnO. Pour la modification des photocatalyseurs ZnO, une stratégie efficace consiste à déplacer la bande d'absorption de l'ultraviolet à la lumière visible, permettant l'absorption de plus d'énergie provenant de l'irradiation solaire et améliorant l'utilisation de la lumière solaire [13]. Il est généralement connu que le couplage de ZnO avec des semi-conducteurs à bande interdite étroite peut être un moyen efficace d'absorber plus d'énergie de l'irradiation solaire et d'améliorer l'activité photocatalytique. En outre, la formation d'hétérostructures avec un écart énergétique correctement adapté peut également améliorer la séparation des porteurs de charge dans les photocatalyseurs. Par exemple, AgBr/ZnO [14], ZnO/BiOI [15], ZnO/AgI [16], Ag₃ VO ₄ /ZnO [17], Ag₂ CO₃ /ZnO [18], Ag₂ O/ZnO [19], et BiVO₄ /ZnO [20] ont été signalés.

Récemment, l'orthophosphate d'argent (Ag₃ Bon de commande₄ ) a attiré une attention considérable en tant que matériau de couplage prometteur en raison d'une bande interdite étroite (environ 2,4 eV) [21], qui a montré une efficacité de photodégradation élevée des pollutions organiques en solution aqueuse sous lumière visible [22,23,24,25]. Cependant, l'Ag₃ Bon de commande₄ peut être réduit à Ag ⁰ pendant le processus photocatalytique en raison de la photocorrosion des électrons photogénérés sous irradiation de lumière visible, ce qui peut diminuer la stabilité structurelle et la réutilisabilité, et limiter fortement l'application à long terme pour le traitement de l'eau [23, 26, 27, 28]. En outre, l'utilisation d'une grande quantité de matériau coûteux contenant de l'argent dans le système photocatalytique a fortement augmenté les coûts d'exploitation. Comme indiqué précédemment, la stabilité de Ag₃ Bon de commande₄ peut être amélioré par la préparation de composites sur un matériau de support de structure électronique adaptée et les composites ont montré en même temps d'excellentes performances photocatalytiques [27, 29, 30, 31].

Dans ce travail, nous avons déposé Ag₃ Bon de commande₄ particules sur les surfaces T-ZnOw par une méthode de dépôt in situ facile à température ambiante. Dans l'Ag₃ Bon de commande₄ / Composites T-ZnOw, T-ZnOw fonctionne comme un substrat, qui a une forme et une structure uniques, une faible densité de défauts natifs et de grandes surfaces spécifiques [32,33,34,35]. Les activités photocatalytiques de l'Ag₃ Bon de commande₄ Les composites /T-ZnOw ont été étudiés en décomposant RhB sous irradiation de lumière visible, et la stabilité a également été déterminée. En outre, le mécanisme photocatalytique possible a également été discuté en détail.

Méthodes

Matériaux

T-ZnOw a été obtenu auprès de Chengdu Crysrealm Co. Ltd. (Chengdu, Chine). Nitrate d'argent (AgNO₃ ,>> 99,8 %) a été acheté auprès de Tianjin Fengchuan Chemical Reagent Co. Ltd. (Tianjin, Chine). Phosphate de sodium dibasique dodécahydraté (Na₂ HPO₄ ·12H₂ 0, 99,0 %) et la benzoquinone (BQ) ont été achetés auprès de la société Aladdin Reagents (Shanghai, Chine). RhB a été fourni par Macklin Biochemical Company (Shanghai, Chine). L'alcool isopropylique (IPA) a été obtenu auprès de Tianjin Kemiou Chemical Co. Ltd. (Tianjin, Chine). Le sel disodique d'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA-2Na) a été acheté auprès de Tianjin Shentai Chemical Industry Co. Ltd. (Tianjin, Chine). L'éthanol absolu a été obtenu auprès de Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Shanghai, Chine). De l'eau déminéralisée avec une résistivité de 18,2 MΩ cm a été utilisée dans tous les cas à partir d'un système de purification d'eau ULUPURE (Chengdu, Chine).

Préparation des photocatalyseurs

Une méthode de précipitation in situ a été utilisée pour préparer Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw composites, et les rapports molaires de Ag₃ Bon de commande₄ à T-ZnOw étaient respectivement de 5 %, 10 % et 15 %. Les produits ont été marqués comme Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-1, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 et Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-3, respectivement. Par exemple, pour l'Ag₃ Bon de commande₄ Échantillon /T-ZnOw-2, 0,1 g T-ZnOw et 0,0440 g Na₂ HPO₄ ·12H₂ O ont été dispersés dans 100  mL d'eau déminéralisée par ultrasons puis agités magnétiquement. Ensuite, 0,0626 g AgNO₃ dissous dans 50 mL d'eau déminéralisée a été ajouté lentement à la suspension ci-dessus par une seringue fixée sur la pompe d'injection sous agitation magnétique. Ensuite, le système réactionnel a été maintenu sous agitation pendant 3 h. L'Ag₃ Bon de commande₄ Le précipité de /T-ZnOw a été recueilli par centrifugation, lavé abondamment avec de l'eau désionisée et de l'éthanol absolu, puis séché dans un four à 60°C. A titre de comparaison, pur Ag₃ Bon de commande₄ a été préparé selon le même procédé en l'absence de T-ZnOw.

Caractérisation

Les mesures de diffraction des rayons X (XRD) ont été effectuées sur un diffractomètre Rigaku SmartLab en utilisant Cu K-α comme rayonnement avec une vitesse de balayage de 10°/min. La morphologie des composites a été étudiée par microscopie électronique à balayage (SEM, JSM-7200F, JEOL, Japon). La spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDS) attachée à l'instrument SEM a été utilisée pour déterminer la composition chimique du produit. Des images de microscopie électronique à transmission (MET) et de microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM) ont été obtenues avec un microscope électronique à transmission JEM-2100F. Les mesures de spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) ont été enregistrées sur Thermo ESCALAB 250XI, et les énergies de liaison (BEs) ont été calibrées par rapport au pic C1s à 284,6 eV. Les mesures des spectres de réflectance diffuse (DRS) UV-Vis ont été obtenues en utilisant un spectrophotomètre UV-Vis-NIR (Cary5000, Agilent Technologies, USA) avec du polytétrafluoroéthylène comme référence. Les spectres d'émission de photoluminescence (PL) des échantillons ont été mesurés par un spectrophotomètre à fluorescence F-7000 (Hitachi, Japon) avec une longueur d'onde d'excitation de 355  nm.

Expériences de photocatalyse

Les expériences de photocatalyse ont été testées par photodégradation de RhB sous lumière visible. Les expériences ont été réalisées dans un bécher en verre chemisé de 250 ml avec de l'eau de refroidissement pour maintenir la température du système constante à température ambiante. Une lampe au xénon de 300 W avec un filtre de coupure de 420 nm a fourni la lumière visible. Quarante milligrammes d'Ag₃ Bon de commande₄ Le composite /T-ZnOw a été ajouté dans 100 mL de solution de RhB à 10 mg/L. Avant d'allumer la lampe au Xénon, les suspensions ont été agitées à l'obscurité pendant 30 min pour atteindre un équilibre adsorption-désorption. La distance entre la source lumineuse et la surface des suspensions était de 15 cm. Toutes les 10 min, 3 mL de suspension ont été collectés et centrifugés pour obtenir un liquide clair puis analysés sur un spectrophotomètre UV-Vis TU-1901 (Puxi, Chine) à 554  nm. L'efficacité de dégradation photocatalytique a été calculée selon la formule suivante :

où C ₀ est la concentration initiale de RhB et C est la concentration de RhB après illumination au temps t , qui varie avec le temps de réaction.

Résultats et discussion

La figure 1 présente les modèles XRD de l'Ag₃ Bon de commande₄ /Composites T-ZnOw avec différents rapports molaires Ag₃ Bon de commande₄ , ainsi que ceux de T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ . Les modèles ont montré que T-ZnOw était cohérent avec le modèle standard de ZnO de la phase wurtzite hexagonale (JCPDS n° 36-1451) (Fig. 1(a)), tandis que Ag₃ Bon de commande₄ était un cristal de phase cubique (JCPDS n° 06-0505) (Fig. 1(e)). L'Ag₃ Bon de commande₄ Les composites /T-ZnOw (Fig. 1(b)–(d)) ont montré une coexistence des deux Ag₃ Bon de commande₄ et T-ZnOw. Avec les rapports molaires de Ag₃ Bon de commande₄ croissantes, les intensités des pics d'Ag₃ Bon de commande₄ augmenté de façon marquée, alors que ceux de T-ZnOw ont diminué simultanément. Les pics de l'Ag₃ Bon de commande₄ Les composites /T-ZnOw étaient évidemment liés à T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ , et aucune autre nouvelle phase cristalline n'a été trouvée, montrant que le chargement d'Ag₃ Bon de commande₄ n'avait pas modifié la phase cristalline du T-ZnOw. Ces résultats ont révélé que Ag₃ Bon de commande₄ les particules ont été déposées avec succès sur les surfaces T-ZnOw, et Ag₃ Bon de commande₄ Les hétérostructures /T-ZnOw ont été obtenues.

Modèles XRD de (a) T-ZnOw, (b) Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-1, (c) Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2, (d) Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-3, et (e) Ag₃ Bon de commande₄

La figure 2 montre les images SEM de T-ZnOw, Ag₃ Bon de commande₄ , et l'Ag₃ Bon de commande₄ Hétérostructures /T-ZnOw, ainsi que l'image TEM et l'image HRTEM de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2. T-ZnOw avec une surface assez lisse avait quatre pattes poussant à partir d'un noyau commun et s'étendant dans l'espace environnant. Cette extension a facilité l'assemblage en un bon réseau avec une résistance mécanique en reliant les jambes les unes aux autres. Ag pur₃ Bon de commande₄ présentait une forme sphérique irrégulière avec un diamètre de 150 à 500  nm. La taille de T-ZnOw était au niveau du micron, alors que la taille de Ag₃ Bon de commande₄ était au niveau nanométrique. La figure 2c–e affichait les images SEM d'Ag₃ Bon de commande₄ /Hétérostructures T-ZnOw. On a pu constater que l'Ag₃ de taille nanométrique Bon de commande₄ les particules ont été déposées sur le cadre de support tridimensionnel (3D) de T-ZnOw. La quantité et la taille de l'Ag₃ Bon de commande₄ particules augmentées avec les rapports molaires de Ag₃ Bon de commande₄ en augmentant. Lorsque le rapport molaire de Ag₃ Bon de commande₄ était de 10 %, le diamètre moyen de Ag₃ Bon de commande₄ particules était d'environ 150 nm, tout en augmentant encore la quantité d'Ag₃ Bon de commande₄ a abouti à l'agrégation de Ag₃ Bon de commande₄ particules à la surface de T-ZnOw (Fig. 2e). La figure 2f était l'image TEM de l'interface de contact de l'Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2. L'Ag₃ de taille nanométrique Bon de commande₄ les particules ont été attachées à la surface du T-ZnOw avec un bon contact. L'encart a montré l'image HRTEM de la région du rectangle rouge de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2, et l'espacement du réseau de 0,240 nm correspond au plan cristallin (211) de Ag₃ Bon de commande₄ . L'encart de la figure 2d montrait le spectre EDS correspondant à la région rectangulaire de l'image SEM de l'Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 échantillon. L'échantillon était composé de quatre éléments, Zn, Ag, O et P, ce qui était cohérent avec les résultats XPS.

Images SEM de a T-ZnOw, b Ag₃ Bon de commande₄ , c Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-1, d Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 (l'encart montrait le spectre EDS de la zone sélectionnée), e Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-3, et f Image TEM d'Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 (l'encart montrait l'image HRTEM de la région du rectangle rouge)

Des mesures XPS ont été effectuées pour étudier la composition élémentaire et les états chimiques de l'Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 échantillon. La figure 3a présentait le spectre XPS de l'enquête et indiquait l'existence du Zn, de l'Ag, de l'O et du P. La figure 3b montrait le spectre XPS haute résolution du Zn 2p, et deux pics d'énergie de liaison à 1021,5 et 1044,6 eV pouvaient être attribués à Zn 2p_3/2 et Zn 2p_1/2 de T-ZnOw, respectivement [36]. Deux pics situés à 367,2 et 373,2 eV pourraient être attribués à Ag 3d_5/2 et Ag 3d_3/2 dans le spectre XPS de l'orbitale Ag 3d (Fig. 3c), qui était une caractéristique de l'Ag ⁺ [11]. Comme le montre le spectre XPS de O 1s sur la figure 3d, il y avait trois pics à 529,9, 531,2 et 532,5  eV, qui pourraient être attribués aux réseaux d'oxygène dans T-ZnOw [33], Ag_{3 Bon de commande4 [37], et des groupes –OH adsorbés à la surface de Ag3 Bon de commande4 /T-ZnOw-2, respectivement. Une bande faible et large centrée à 132,3  eV sur la figure 3 e pourrait être attribuée à la caractéristique P 2p de Ag3 Bon de commande4 [38]. Les résultats XPS ont en outre prouvé que Ag3 Bon de commande4 et T-ZnOw avait été composé.}

Spectres XPS de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 :a analyse de l'enquête, b Zn 2p, c Ag 3d, d O1s, et e P 2p

Les spectres de réflectance diffuse (DRS) UV-Vis ont été mesurés pour étudier les propriétés d'absorption optique de l'Ag₃ Bon de commande₄ /Hétérostructures T-ZnOw, ainsi que celles de T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ (Fig. 4a). On a pu observer que le bord d'absorption de T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ a été déclaré être d'environ 400 et 510  nm, respectivement. Par rapport au T-ZnOw, l'Ag₃ Bon de commande₄ Les hétérostructures /T-ZnOw présentaient des intensités d'absorption croissantes dans la région de la lumière visible avec les rapports molaires de Ag₃ Bon de commande₄ en augmentant. La plage d'absorption élargie et l'absorbance améliorée de l'Ag₃ Bon de commande₄ Les hétérostructures /T-ZnOw dans la région de la lumière visible ont bénéficié de l'introduction de la bande interdite plus étroite de Ag₃ Bon de commande₄ . Les résultats ci-dessus ont indiqué que l'Ag₃ Bon de commande₄ Les hétérostructures /T-ZnOw étaient des photocatalyseurs potentiels entraînés par la lumière visible. De plus, l'énergie de bande interdite de T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ a été évalué par la fonction de Kubelka-Munk [39]. D'après l'intrigue de (ahv ) ² par rapport à l'énergie, comme le montre la figure 4b, la valeur de bande interdite de T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ était d'environ 3,16 et 2,42  eV, respectivement.

un UV-Vis DRS de T-ZnOw, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-1, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-3 et Ag₃ Bon de commande₄ . b Parcelles de (αhv ) ² versus énergie (hv )

La photodégradation de RhB a été utilisée pour évaluer l'activité photocatalytique de T-ZnOw, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-1, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-3, Ag₃ Bon de commande₄ , et un mélange de T-ZnOw (26,41 mg) et Ag₃ Bon de commande₄ (13,59  mg) sous lumière visible. La figure 5a a montré l'activité photocatalytique de différents échantillons pour la dégradation de RhB. Après irradiation pendant 50 min, l'efficacité de dégradation de T-ZnOw, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-1, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-3, Ag₃ Bon de commande₄ , et le mélange était de 52,5%, 85,3%, 92,9%, 79,9%, 96,9% et 62,9%, respectivement. Le mélange physique de T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ qui avait la même proportion de composition avec Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 a montré une efficacité de dégradation inférieure de RhB que celle de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2, impliquant que Ag₃ Bon de commande₄ Des hétérostructures /T-ZnOw se sont formées. Avec les rapports molaires de Ag₃ Bon de commande₄ augmentant, l'efficacité de dégradation de RhB a d'abord été augmentée puis diminuée, et Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 a montré l'efficacité de dégradation la plus élevée parmi les hétérostructures, qui était très proche de celle de Ag₃ Bon de commande₄ . L'Ag₃ aggloméré Bon de commande₄ particules dans l'Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-3 affecte la taille et la dispersion de Ag₃ Bon de commande₄ . Il est bien connu qu'une taille de particule plus petite diminue la possibilité de recombinaison électron-trou, améliorant ainsi les performances photocatalytiques du matériau. De plus, la grande taille de Ag₃ Bon de commande₄ particules dans l'Ag₃ Bon de commande₄ L'échantillon /T-ZnOw-3 peut affaiblir la force d'ancrage entre T-ZnOw et Ag₃ Bon de commande₄ et détruire la structure d'hétérojonction, ce qui limiterait l'activité photocatalytique. La photodégradation de RhB a suivi la réaction de pseudo-premier ordre, comme le montre la figure 5b. La figure 5c affichait les constantes de taux de dégradation de différents photocatalyseurs, et la tendance était la même que l'efficacité de dégradation. La constante de vitesse de photodégradation de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 (0,05179 min ⁻¹ ) était 3,59 fois celle de T-ZnOw (0,01444 min ⁻¹ ). Les résultats ci-dessus ont clairement indiqué que l'activité photocatalytique de T-ZnOw a été augmentée par Ag₃ Bon de commande₄ modification. L'activité photocatalytique améliorée de Ag₃ Bon de commande₄ Les hétérostructures /T-ZnOw ont bénéficié de l'augmentation de l'intensité d'absorption de la lumière visible en chargeant Ag₃ Bon de commande₄ à la surface du T-ZnOw, ce qui permettrait à l'Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw hétérostructures pour produire des supports photogénérés pour la photodégradation de RhB sous lumière visible. Il est à noter que Ag₃ Bon de commande₄ semblait avoir la meilleure activité photocatalytique parmi les échantillons tels que préparés. Néanmoins, Ag₃ Bon de commande₄ présentait une stabilité inférieure par rapport à Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw montré dans la discussion suivante, qui a affecté ses utilisations à long terme.

un Photodégradation de RhB avec différents photocatalyseurs. b Les courbes de simulation cinétique. c Constantes de vitesse apparentes

Des doses appropriées de photocatalyseur dans le système de photodégradation peuvent réduire les coûts d'un point de vue économique. La figure 6a a montré l'influence des doses alimentaires d'Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 sur l'efficacité de dégradation. L'efficacité de dégradation augmentait évidemment avec la dose qui passait de 0,2 à 0,4 g/L et diminuait par la suite. Avec l'augmentation des doses de catalyseur, la turbidité de la solution a été augmentée et la pénétration de la lumière dans le système réactionnel a été réduite en même temps. L'absorption inférieure de la lumière visible du photocatalyseur pourrait diminuer l'efficacité de la dégradation à une dose plus élevée du photocatalyseur [40, 41].

un Effet de différents Ag₃ Bon de commande₄ /Doses de T-ZnOw-2 sur la photodégradation de RhB. b Effet de différentes concentrations initiales de RhB sur l'activité photocatalytique de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2

L'effet de différentes concentrations initiales de RhB sur l'activité photocatalytique de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 a été étudié et montré dans la Fig. 6b. Lorsque les concentrations initiales étaient de 5 mg/L, 10 mg/L et 15 mg/L, l'efficacité de dégradation de RhB était respectivement de 98,2 %, 92,9 % et 70,4 %. La diminution de l'efficacité de dégradation peut être due à la diminution des photons absorbés par le catalyseur résultant de l'augmentation de la longueur du trajet des photons entrant dans la solution avec des concentrations initiales plus élevées. Une autre raison peut être que davantage d'intermédiaires se sont formés avec les concentrations initiales de RhB plus élevées qui pourraient former une compétition d'adsorption avec les réactifs initiaux [42, 43]. Cependant, une concentration initiale trop faible ne peut pas montrer pleinement la capacité de photodégradation du catalyseur. Par conséquent, la concentration initiale de la solution de RhB dans l'expérience était de préférence de 10 mg/L.

La stabilité et la réutilisation d'un photocatalyseur sont cruciales pour mesurer son application pratique [44]. Il est bien connu que l'Ag₃ Bon de commande₄ photocatalyseur peut être facilement réduit en Ag par photocorrosion, ce qui limite son application pratique à long terme. La figure 7 présente les expériences de recyclage pour la dégradation de RhB sur Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 et Ag₃ Bon de commande₄ . Après quatre cycles successifs, l'efficacité de dégradation de Ag₃ Bon de commande₄ était évidemment inférieur à celui de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2. Les résultats présentés ci-dessus ont démontré que tandis que Ag₃ Bon de commande₄ photocatalyseur a montré une activité photocatalytique un peu plus élevée lors de la première utilisation, l'Ag₃ Bon de commande₄ Les hétérostructures /T-ZnOw semblaient être potentielles pour des applications à long terme en raison de la stabilité améliorée. Ag pur₃ Bon de commande₄ le photocatalyseur est instable s'il n'y a pas de réactif sacrificiel ajouté dans le processus photocatalytique [45]. La solubilité de l'Ag₃ pur Bon de commande₄ en solution aqueuse est relativement élevée, ce qui entraîne une diminution de sa stabilité au cours du processus photocatalytique [25]. Ag₃ Bon de commande₄ peut être réduit en Ag métallique par les électrons photogénérés, et une certaine quantité d'Ag peut former la structure de Ag/Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw. La photocorrosion supplémentaire de Ag₃ Bon de commande₄ en Ag/Ag₃ Bon de commande₄ Le composite /T-ZnOw peut être inhibé par le transfert d'électrons de la bande de conduction de Ag₃ Bon de commande₄ à l'Ag métallique [46]. Après Ag₃ Bon de commande₄ les particules étaient ancrées sur les surfaces T-ZnOw, Ag₃ Bon de commande₄ les particules et le T-ZnOw étaient en contact intime les uns avec les autres, et les surfaces lisses du T-ZnOw servaient de refuge idéal pour Ag₃ Bon de commande₄ et faire moins d'Ag₃ Bon de commande₄ décapage en solution aqueuse, qui était similaire à l'Ag₃ rapporté Bon de commande₄ /BiVO₄ hétérojonction [47]. Ainsi, Ag₃ Bon de commande₄ L'hétérostructure /T-ZnOw-2 présentait une bonne stabilité photocatalytique et possédait une efficacité de dégradation de 77,8% après des expériences de recyclage.

Quatre cycles successifs pour la dégradation de RhB sur Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 et Ag₃ Bon de commande₄

L'effet de différents charognards sur l'efficacité de dégradation de RhB par Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 est montré sur la Fig. 8 après irradiation pendant 50 min. Après l'ajout d'IPA, de BQ et d'EDTA-2Na, l'efficacité de dégradation a diminué à 38,8 %, 65,6 % et 82,6 %, respectivement, indiquant que les radicaux hydroxyle (∙OH) et les radicaux superoxyde (∙O_{2 ⁻ ) étaient les espèces principalement actives, et les trous (h ⁺ ) joué en partie dans la décoloration photocatalytique. La position de bande de Ag3 Bon de commande4 et T-ZnOw a été calculé par l'équation suivante [18] :}

L'influence sur l'efficacité de dégradation de RhB par Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 avec différents capteurs (dose de capteur = 0.2 mmol/L)

où X est l'électronégativité absolue du semi-conducteur et E _g est l'énergie de la bande interdite. Le X valeur pour Ag₃ Bon de commande₄ et ZnO valent 6,16 [48] et 5,76 eV [49], respectivement. D'après la bande interdite obtenue sur la figure 4, le E _VB de Ag₃ Bon de commande₄ et T-ZnOw a été calculé comme étant de 2,87 et 2,84  eV, et leur homologue E _CB était de 0,45 et − 0,32 eV, respectivement.

Le mécanisme possible de la dégradation photocatalytique de RhB pourrait être proposé sur la base des résultats ci-dessus, comme indiqué dans le schéma 1. Le potentiel de bande de conduction (CB - 0,32 eV) et le potentiel de bande de cantonnière (VB 2,84 eV) de T-ZnOw étaient plus négatifs que ceux de Ag₃ Bon de commande₄ (CB 0,45 eV; VB 2,87 eV). L'Ag₃ excité Bon de commande₄ pourrait produire des paires électron-trou sous un éclairage en lumière visible. Par conséquent, les trous photogénérés pourraient se décaler du VB de Ag₃ Bon de commande₄ dans le VB vide de T-ZnOw, ce qui a facilité la séparation efficace des électrons et des trous photogénérés. Une partie des trous photogénérés réagirait avec le H₂ adsorbé O pour former ∙OH en tant qu'espèce active majeure, et l'autre partie des trous adsorbés à la surface de l'hétérostructure pourraient participer directement à la photodégradation de RhB. Cependant, le potentiel CB de Ag₃ Bon de commande₄ était de 0,45  eV, ce qui était supérieur au potentiel de réduction de O₂ /∙O₂ ⁻ (− 0.33 eV) [29]. Les électrons photogénérés sur la bande de conduction de Ag₃ Bon de commande₄ ne pouvait pas réagir avec l'oxygène dissous pour former ∙O₂ ⁻ . Une petite quantité d'Ag métallique pourrait être formée par la réaction entre Ag ⁺ de Ag₃ Bon de commande₄ et des électrons photogénérés par éclairage en lumière visible, ce qui pourrait être prouvé par le spectre XPS de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 après illumination pendant 50 min en réaction photocatalytique. La figure 9a montre le spectre XPS Ag3d de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 après photocatalyse pendant 50 min. Le pic à 367,2 et 373,2 eV pourrait être attribué à Ag ⁺ et le pic à 368,3 et 374,2 eV a été attribué à l'Ag métallique [11]. Ensuite, des électrons photogénérés sur la bande de conduction de Ag₃ Bon de commande₄ pourrait se transférer à l'Ag métallique, inhibant ainsi la recombinaison des paires électron-trou. De plus, les électrons photogénérés pourraient être capturés par l'oxygène dissous pour former ∙O₂ ⁻ , qui a joué un des rôles majeurs dans la photodégradation de RhB. Toutes ces espèces réactives photogénérées (∙OH, ∙O₂ ⁻ , et h ⁺ ) pourrait réagir avec RhB pour former du CO₂ et H₂ O et enfin améliorer les performances photocatalytiques pour la dégradation de RhB. La figure 9b présente les spectres PL de Ag₃ Bon de commande₄ et Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 avec une longueur d'onde d'excitation de 355 nm. Par rapport à l'Ag₃ pur Bon de commande₄ , l'intensité de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 a révélé une diminution de la fluorescence, qui a été principalement attribuée au transfert efficace des porteurs de charge entre Ag₃ Bon de commande₄ et T-ZnOw. Les résultats de PL étaient cohérents avec le mécanisme photocatalytique proposé.

Schéma de principe du mécanisme photocatalytique possible de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw

un Ag Spectre XPS 3d de Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 après photocatalyse. b Spectres PL de Ag₃ Bon de commande₄ et Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2

Conclusions

En résumé, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw hétérostructures ont été fabriqués avec succès par une méthode de précipitation in situ facile. L'Ag₃ Bon de commande₄ Le catalyseur /T-ZnOw-2 présentait une activité photocatalytique supérieure pour la dégradation de RhB que le T-ZnOw pur et possédait une meilleure stabilité et réutilisabilité par rapport à Ag₃ pur Bon de commande₄ . Dans les conditions optimales, Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw-2 a montré l'efficacité photocatalytique la plus élevée parmi les hétérostructures et possédait toujours une efficacité de dégradation de 77,8% après quatre cycles successifs. Les performances photocatalytiques efficaces d'Ag₃ Bon de commande₄ Le photocatalyseur /T-ZnOw pourrait être attribué à la réponse améliorée à la lumière visible. L'Ag₃ Bon de commande₄ Le photocatalyseur /T-ZnOw-2 a également montré une bonne stabilité. L'étude de l'effet de différents charognards sur l'efficacité de dégradation de RhB a démontré que ∙OH et ∙O₂ ⁻ étaient les espèces principalement actives. Un mécanisme possible de la voie de photodégradation pour RhB a été proposé. Ag₃ Bon de commande₄ /T-ZnOw peut être l'un des photocatalyseurs potentiels pour l'utilisation dans le traitement des polluants de l'eau.

Disponibilité des données et des matériaux

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

Abréviations

T-ZnOw :

Moustaches de ZnO de type tétrapode

RhB :

Rhodamine B

BQ :

Benzoquinone

IPA :

Alcool isopropylique

EDTA-2Na :

Sel disodique de l'acide éthylènediaminetétraacétique

XRD :

Diffraction des rayons X

SEM :

Microscopie électronique à balayage

EDS :

Spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie

TEM :

Microscopie électronique à transmission

HRTEM :

Microscopie électronique à transmission haute résolution

XPS :

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X

BE :

Énergies de liaison

DRS :

Spectres de réflectance diffuse UV-Vis

PL :

Photoluminescence