Um método fácil para preparação de heterojunção Cu2O-TiO2 NTA com atividade fotocatalítica visível

Resumo

Com base em TiO altamente ordenado ₂ matrizes de nanotubos (NTAs), fabricamos com sucesso o Cu ₂ O-TiO ₂ Heterojunção NTA por um processo de decomposição térmica simples pela primeira vez. O TiO anódico ₂ Os NTAs funcionaram como “nano-contêineres” e “nano-reatores” para carregar e sintetizar a banda estreita Cu ₂ O nanopartículas. O Cu ₂ carregado O espectro de absorção expandido do TiO ₂ NTAs da faixa ultraviolenta à faixa de luz visível. Descobrimos que o Cu ₂ O-TiO ₂ Os filmes de heterojunção de NTA tiveram atividade visível em direção a laranja de metila degradante fotocatalítica (MO). As habilidades fotocatalíticas do Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA foram encontrados aumentados com Cu ₂ Conteúdo de O de 0,05 a 0,3 mol / L. Isso pode ser explicado por mais pares elétron-buraco gerados e menos recombinação, quando o Cu ₂ O-TiO ₂ heterojunção foi formada. Aqui, apresentamos este método promissor, esperando que possa facilitar a produção em massa e as aplicações de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterojunção NTA.

Histórico

Com cada vez mais atenção às questões ambientais nos dias de hoje, o estudo dos materiais de tratamento de água surgiu em um curso contínuo [1,2,3,4]. Centenas de estratégias foram propostas para o tratamento de águas poluídas. No entanto, surgiram muitos problemas, como baixa eficiência, baixa taxa de reciclagem e poluição ambiental secundária, restringindo suas futuras aplicações [5,6,7]. Os materiais semicondutores foram considerados candidatos promissores, e o óxido de titânio foi reconhecido como um dos melhores materiais fotocatalisadores devido à sua alta atividade fotocatalítica e boa estabilidade química e mecânica [8,9,10,11,12]. Recentemente, TiO ₂ materiais com arranjo de nanotubos (NT) foram amplamente estudados, e a morfologia tubular provou ser uma estrutura promissora para fotocatálise. Comparado com outras morfologias microcósmicas, TiO ₂ As matrizes do NT possuíam várias vantagens significativas [13,14,15,16,17]. Em primeiro lugar, a estrutura tubular única pode aumentar a eficiência do transporte de elétrons e restringir a recombinação de portadores, o que irá produzir ainda mais espécies reativas de oxigênio (ROS) [18, 19]. Em segundo lugar, TiO ₂ Matrizes NT são muito mais fáceis de reciclar do que TiO ₂ fotocatalisadores em pó [20,21,22,23,24]. Em terceiro lugar, TiO ₂ Matrizes NT têm grande área de superfície específica e alta energia de superfície. No entanto, devido às lacunas relativamente grandes (~ 3,2 eV). TiO ₂ O fotocatalisador NT é ativo apenas sob irradiação UV [25,26,27,28]. Na verdade, um fotocatalisador capaz de responder com luz visível certamente terá vantagens óbvias. Atualmente, o foco da pesquisa de fotocatalisadores é ajustar sua banda de resposta à luz e melhorar sua eficiência fotocatalítica.

Criação de TiO heterogêneo ₂ fotocatalisadores com gap estreito é um dos hotspots na tentativa de superar tais impedimentos. Semicondutores de banda estreita, como Cu ₂ O, CdS, CdTe, PbS e Bi ₂ O ₃ , foram estudados para construir TiO ₂ fotocatalisadores de heterojunção [29,30,31,32,33,34]. Entre eles, Cu ₂ O (com o gap direto de ~ 2,2 eV) é considerado um dos melhores candidatos. Para Cu ₂ O, a banda de resposta tem cerca de 560 nm e sua estrutura de intervalo de banda coincide bem com o nível de energia do TiO ₂ NTs. Como mostrado esquematicamente na Fig. 1, sob a excitação da luz visível, pares elétron / buraco são gerados e os elétrons fotoinduzidos são excitados para a banda de condução de Cu ₂ O e, em seguida, transfira para a banda de condução do TiO ₂ , que suprime a recombinação de elétrons e lacunas. Esta estrutura de heterojunção resolve o problema de que o TiO ₂ materiais não podiam responder à luz visível e ao problema que os pares elétron / lacuna geravam em Cu ₂ Ó, recombine-se facilmente. Deste ponto de vista, Cu ₂ O-TiO ₂ Os materiais da estrutura de heterojunção NTA garantiram uma vantagem natural na fotocatálise de luz visível.

Diagrama estrutural esquemático de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterojunção NTA. Sob iluminação de luz visível, os elétrons foram excitados para a banda de condução de Cu ₂ Partículas de O e, em seguida, transferidas para a banda de condução de TiO ₂ para a estrutura de gap correspondente

Abordagem geral para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ fotocatalisadores de heterojunção incluem coprecipitação química e eletrodeposição, e os produtos têm mostrado desempenhos fotocatalíticos promissores. Mas ainda é um desafio preparar Cu ₂ O-TiO ₂ fotocatalisadores de heterojunção de boa qualidade por método fácil e de baixo custo. Inspirado no conceito do precursor da Deposição de Vapor Químico (CVD), a ideia, usar acetato para transportar íons de cobre para entrar no TiO ₂ Sai NTs preparados por oxidação anódica. Sabe-se que os compostos orgânicos metálicos podem ser decompostos termicamente. Neste estudo, TiO anódico ₂ Os NTAs funcionavam como “nano-contêineres” para carregar primeiro o acetato de cobre e depois como “nano-reatores” para fornecer espaço para decomposição térmica do acetato de cobre carregado. Após um tratamento térmico, Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção TNA foram obtidos com sucesso. Até onde sabemos, este método não foi relatado para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Heterojunção TNA. Além disso, a composição de fase, morfologia e atividade fotocatalítica foram caracterizadas por XRD, EDS, SEM e espectrofotômetro.

Seção Experimental

Os produtos químicos mencionados no processo de experimento foram adquiridos (Sinopharm Group Chemical Reagent Co. Ltd., China) e usados sem purificação adicional, exceto a água desionizada com uma resistência de 18,3 MΩ cm.

Preparação de TiO puro ₂ Matrizes de nanotubos

O método de oxidação anódica foi usado para preparar TiO uniforme e estável ₂ NTAs com alinhamento vertical [35, 36]. Folhas de metal de titânio (Ti) foram cortadas em pedaços de 1,5 × 5 cm ² e limpo por um limpador. Após um banho de sonicação em etanol, os pedaços de Ti foram secos no forno. O eletrólito consistia em 535,45 g de glicol, 10 g de água desionizada e 1,6617 g de NH ₄ F, que foram misturados e agitados durante 2 h. Em seguida, pegamos dois pedaços de Ti como ânodo e cátodo, respectivamente. Mergulhando-os no eletrólito, aplicando um potencial constante de 50 V por 2 h, TiO amorfo ₂ matrizes de nanotubos (TiO ₂ NTAs) foram fabricados à temperatura ambiente.

Síntese de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterojunção NTA

O amorfo TiO ₂ Os NTAs foram cristalizados em anatase por um tratamento térmico a 450 ° C. E então, eles foram usados como substrato para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Filme de heterojunção NTA. Primeiro, acetato cúprico (Cu (Ac) ₂ ) com diferentes concentrações, variando de 0,05 a 0,3 mol / L. Em seguida, recozido TiO ₂ Os NTAs foram imersos na solução transitoriamente e secos em estufa a 70 ° C imediatamente. E os produtos finais, Cu ₂ O-TiO ₂ filmes, foram marcados como amostra S1-S5 respectivamente pelos diferentes Cu (Ac) ₂ concentração de 0,05, 0,1, 0,2, 0,3 e 4 mol / L neste processo de imersão. Após este processo, as moléculas de acetato cúprico entraram no TiO ₂ nanotubos. O próximo passo foi colocar as amostras em um forno de sinterização de atmosfera de N ₂ com temperatura de sinterização de 400 ° C por 150 min. O acetato cúprico foi decomposto termicamente de uma forma descrita pela Eq. (1). Finalmente, o Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA foram preparados. Este processo foi esquematicamente mostrado na Fig. 2.
$$ {\ left ({\ mathrm {CH}} _ 3 \ mathrm {COO} \ right)} _ 2 \ mathrm {Cu} \ overset {\ Delta} {\ to} {\ mathrm {Cu}} _ 2 \ mathrm { O} \ downarrow + {\ mathrm {CH}} _ 4 \ uparrow + {\ mathrm {CO}} _ 2 \ uparrow + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ uparrow + \ mathrm {CO} \ uparrow $$ (1)

Procedimento de síntese do Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA. a Etapa 1, TiO anódico ₂ NTAs. b Etapa 2, preencher os tubos com solução precursora. c Etapa 3, sinterizou os tubos preenchidos a 400 ° C para obter o Cu ₂ O-TiO ₂ Heterojunção NTA. d Fórmula de reação química do processo de sinterização

Assim como segurar um tubo de ensaio contendo acetato cúprico, após o aquecimento, o acetato cúprico se decompõe termicamente em Cu ₂ O que foi deixado dentro do TiO ₂ NTAs.

Caracterização

Utilizou-se microscopia eletrônica de varredura (SEM, JSM-7000F, JEOL Inc., Japão) com espectrômetro dispersivo de energia (EDS) para observação da morfologia e estrutura. As amostras foram caracterizadas por espectrômetro de difração de raios X D / max-2400 (Rigaku, D / max-2400, Japão) e espectrometria de UV-vis (Ultrospec 2100 pro). Para avaliar a atividade fotocatalítica do Cu ₂ como sintetizado O-TiO ₂ Na heterojunção NTA, tomamos a laranja de metila (MO), um indicador orgânico típico, como o objeto degradado. O Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes NTA (3,0 × 1,5 cm ² ) foram imersos em 5 × 10 ⁻⁵ mol / L de solução aquosa de MO e irradiada com sete lâmpadas visíveis de 4 W (Toshiba, Cool white, FL4W, Japão). Em seguida, a solução foi agitada magneticamente no escuro por 30 min para garantir o equilíbrio de adsorção-dessorção antes da degradação fotocatalítica. Os experimentos de fotodegradação duraram 180 min, com amostras de 1,5 mL retiradas periodicamente. A concentração do MO residual foi medida por um espectrofotômetro a cerca de 460 nm com base na lei de Beer-Lambert. A eficiência de degradação do MO pode ser definida da seguinte forma:
$$ {C} _t / {C} _0 =\ left ({A} _t / {A} _0 \ right) \ vezes 100 \% $$ (2)
E a variação de A _t / A ₀ referiu-se à mudança em C _t , que representou a atividade fotocatalítica das amostras testadas.

Resultados e discussão

A Figura 3 mostra uma observação SEM típica do TiO anódico puro ₂ NTAs após recozimento a 450 ° C. A anodização é um processo eletrolítico que converte a superfície externa dos metais em uma camada de óxido ou estrutura de poro. Conforme mostrado na Fig. 3, o TiO conforme preparado ₂ NTs têm morfologia de tubo aberto com uma distribuição uniforme de diâmetro externo de ∼ 100 nm. O TiO anódico ₂ Os NTAs são altamente ordenados e orientados, e cada TiO ₂ NT possui paredes de tubo muito lisas com uma espessura média de ∼ 10 nm. Nossos estudos anteriores mostraram que o comprimento do tubo, o diâmetro e a morfologia podem ser manipulados ajustando os protocolos de anodização [37, 38]. Os resultados de SEM também indicam que o recozimento térmico em uma alta temperatura de 450 ° C não destrói morfologias do TiO ₂ NTAs. O XRD é usado para caracterizar o cristalino do TiO puro ₂ NTAs (amostra 1), ver Fig. 4a. Os resultados mostram que picos de difração localizados em 25,3 °, 36,9 °, 37,8 °, 48 °, 53,9 °, 55 °, 62,7 ° e 68,8 ° podem ser observados na amostra 1, atribuindo a (101), (103), ( 004), (200), (105), (211), (204) e (116) da fase anatase, respectivamente. Como sabemos, existem três tipos de fase de dióxido de titânio, anatase, brookita e rutilo. O rutilo pode mostrar capacidade fotocatalítica relativamente boa com uma granularidade inferior a 10 nm. No entanto, para obter uma fase de rutilo, o TiO ₂ a amostra precisa ser aquecida até uma alta temperatura de sinterização de 800 ° C, o que pode levar à quebra do TiO ₂ tubos neste caso. A fase de Brookita dificilmente pode ser formada usando o método de recozimento térmico para a estabilidade da fase termodinâmica ruim, enquanto anatase é a fase mais comum com boa atividade fotocatalítica [39, 40]. Os picos de difração acentuados e a forte intensidade da amostra 1 (ver Fig. 4a) indicaram uma estrutura de anatase altamente cristalizada, o que significa que nosso TiO ₂ o substrato foi excelente não só na morfologia, mas também na fase cristalina. O TiO altamente ordenado ₂ NTAs com morfologia de boca de tubo aberto foram usados como substrato para preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA neste estudo.

Imagens SEM típicas de TiO puro ₂ arranjos de nanotubos sem modificação. a Vista superior e b vista lateral, indicando a estrutura de alinhamento vertical altamente ordenada com morfologia de boca em tubo aberto. O diâmetro do tubo é de cerca de 100 nm, e o comprimento do tubo é de cerca de 10 μm

a Padrões de XRD do Cu ₂ O-TiO ₂ Amostras de heterojunção NTA. Amostra S0:anatase pura TiO ₂ Amostra NTA; amostras S2, S4 e S5:amostra decomposta termicamente com imersão em 0,1, 0,3 e 4 mol / L Cu (Ac) ₂ solução, respectivamente. b Resultado EDS do Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA, mostrando a existência dos elementos Ti, Cu e O. Os resultados confirmam o carregamento bem-sucedido de Cu ₂ O no TiO ₂ NTAs

Padrões de XRD do TiO ₂ NTAs carregados com Cu ₂ Nanopartículas de O em gradiente de concentração variando de 0,05 a 4,0 mol / L também são mostradas na Fig. 4a, e a amostra de 4,0 mol / L foi preparada por um processo de imersão cíclica descrito no arquivo Adicional 1, a parte "Detalhes Experimentais". As amostras foram denominadas amostras 2 a 4 com o Cu (Ac) crescente ₂ concentração. Exceto o TiO ₂ picos, não houve pico de Cu ₂ O aparecendo na amostra 2 por causa da pequena quantidade de Cu ₂ carregando Partículas O. E as partículas podem ser decoradas dentro do TiO ₂ “Nano-container” o que também dificultou a caracterização. Na amostra 3 e na amostra 4, picos de cuprite óbvios podem ser observados em 29,6 °, 36,4 °, 42,3 ° e 61,3 °, atribuindo ao cuprite (110), (111), (200) e (220) de Cu ₂ O, respectivamente. Deve-se notar aqui que a amostra 4 foi usada apenas para caracterizar a existência de Cu ₂ Partículas O e seus detalhes sintéticos foram descritos no arquivo adicional 1. Além disso, os parâmetros de rede e o tamanho do grão foram calculados com base nos dados de XRD. Depois de remover o fundo e K _α2 difração, e seguindo o processo de alisamento e ajuste, obtivemos os parâmetros de rede médios de nossas amostras de a = b = c =4.2646 Å, que correspondeu ao PDF padrão. O PDF padrão mostrou que os parâmetros de rede de Cu ₂ O são: a = b = c =4,2696 Å, e Cu ₂ O tinha uma estrutura cúbica [41]. O tamanho médio de grão de Cu ₂ O foi calculado como ~ 47 nm, usando a fórmula de Debye-Scherrer:
$$ D =\ frac {K \ gamma} {B \ cdot \ cos \ theta} $$ (3)
Na Eq. (3), D é o tamanho do grão, K é a constante de Scherrer, γ é o comprimento de onda do raio-X, B é FWHM que precisa estar em radianos, e θ é o ângulo de difração. Os resultados de XRD indicam que o Cu (Ac) ₂ foram carregados no TiO ₂ NTAs e decompostos com sucesso em Cu ₂ O dentro do mesmo TiO ₂ NTAs e, em seguida, o Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA foram formados. Para investigar melhor o Cu ₂ O-TiO ₂ NTA heterojunction, uma análise elementar foi realizada usando EDS. A Figura 4b mostrou um diagrama EDS de Cu ₂ O-TiO ₂ Filme de heterojunção NTA que foi preparado com Cu (Ac) 0,2 mol / L ₂ . As porcentagens atômicas foram 7,32, 28,96, 57,45 e 6,27% para os elementos Cu, Ti, O e impureza C. Este resultado mostrou que o Cu ₂ O possuía um conteúdo relativamente baixo na amostra de heterojunção, mas ainda provocava a atividade de luz visível, que seria discutida posteriormente no experimento de degradação de MO. Os resultados de EDS concordam bem com os resultados de XRD na Fig. 4a que cuprite Cu ₂ O foi carregado com sucesso para anatase NTAs.

A Figura 5 mostrou os resultados de vista superior SEM do TiO modificado ₂ NTAs. Comparado com o TiO puro ₂ Amostras de NTA na Fig. 3, algumas pequenas partículas podem ser vistas perto da parte superior e interna do TiO ₂ tubos na Fig. 5a. Aumentando a quantidade de modificação, um número de nanopartículas pode ser observado obviamente na Fig. 5b. A Figura 5c foi a amostra 4 que discutimos antes. Grandes partes da superfície do tubo foram cobertas pelo redundante Cu ₂ O, indicando que a amostra 4 foi superdecorada. Com base nas imagens SEM, a distribuição de tamanho de Cu ₂ As partículas de O foram estimadas variando de ~ 30 a ~ 80 nm, o que está de acordo com o tamanho de grão calculado do XRD de ~ 47 nm. Para a estrutura tubular das três amostras, eles ainda mantiveram o estado de alinhamento vertical, mas alguns tubos ficaram um pouco tortos. Foi considerado como a influência do processo de decomposição térmica, que necessitou de um processo de aquecimento de 400 ° C para obter Cu (Ac) ₂ decomposto em Cu ₂ O. A alta temperatura na etapa de decomposição teve um efeito negativo na estrutura tubular, suportada pelas imagens SEM. No entanto, se a temperatura de aquecimento no processo térmico foi muito baixa para 240 ° C, Cu (CH ₃ COO) ₂ · H ₂ O seria apenas desidratado em vez de decomposto. Portanto, a temperatura deve ser controlada em ~ 300 a 400 ° C para manter a estrutura tubular em nanoescala e garantir a fabricação de Cu ₂ O-TiO ₂ Heterojunção NTA. Pode-se concluir que o Cu ₂ O-TiO ₂ heterojunção pode ser formada, e a morfologia bem retida, quando a decomposição ocorre a 400 ° C.

Imagens SEM típicas do Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA. a Amostra imersa em 0,2 mol / L Cu (Ac) ₂ . b Amostra imersa em 0,3 mol / L Cu (Ac) ₂ . c Amostra imersa em Cu (Ac) ₂ de alta concentração

O Cu ₂ Nanopartículas O foram carregadas em TiO ₂ NTAs para fabricar a heterojunção, que deveria aumentar a capacidade de foto-resposta na faixa de luz visível, então a caracterização UV-vis foi adotada para investigar as propriedades ópticas do Cu ₂ como sintetizado O-TiO ₂ NTAs. A Figura 6a mostra os espectros de absorção de UV-vis do Cu ₂ O-TiO ₂ Amostras NTA com Cu ₂ A magnitude da carga de O aumenta de nenhum a 4,0 mol / L. Pode-se ver na Fig. 6a que o TiO puro ₂ NTAs sem carregar Cu ₂ O só apresentou alta absorção na região do ultravioleta (<380 nm), devido às propriedades intrínsecas do material. Depois de carregar o Cu ₂ Partículas O, a faixa de absorção foi expandida para 600-700 nm. E quando a intensidade aumenta com o aumento do Cu ₂ O magnitude da modificação, o valor de absorção do Cu ₂ O-TiO ₂ os filmes de heterojunção também aumentaram. A Figura 6a indica que TiO ₂ Os NTAs receberam a capacidade de resposta à luz visível ao decorar Cu ₂ O nanopartículas. UV-vis juntamente com os resultados de SEM, EDS e XRD provaram que o Cu ₂ O-TiO ₂ A heterojunção NTA foi fabricada com sucesso pelo método de decomposição térmica, e as amostras mostraram maior absorção de luz visível.

a Espectros de UV-vis do Cu ₂ O-TiO ₂ NTAs e absorção são expandidos para a faixa de luz visível e aumentados com a quantidade de carga de Cu ₂ O. b Cinética de degradação fotocatalítica de luz visível de MO tratada pelos filmes de heterojunção com diferentes Cu ₂ O conteúdo. Quando a magnitude da decoração de Cu ₂ O no TiO ₂ NTAs aumentaram, a eficiência de decomposição de MO sob irradiação de luz visível aumentou. A amostra S0 se refere a TiO puro ₂ filme e amostra S1 – S5 foram as amostras imersas em Cu (Ac) ₂ solução com as concentrações de 0,05, 0,1, 0,2, 0,3 e 4 mol / L, respectivamente

Atividades fotocatalíticas, uma das propriedades mais importantes do Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de NTA foram avaliados através da degradação de solução aquosa de MO. A cinética de degradação fotocatalítica na luz visível foi mostrada na Fig. 6b. A taxa de degradação de MO foi proporcional à quantidade de carga de Cu ₂ O aproximadamente. Quanto mais Cu ₂ Partículas de O foram carregadas em TiO ₂ NTAs, o MO mais rápido foi degradado. A amostra S1 degradou MO para 91,0% em 3 h sob irradiação de luz visível, enquanto a amostra S4 degradou MO para 86,4% em 3 h sob a mesma condição. A taxa de degradação de MO representou a atividade fotocatalítica das amostras. Comparando com a taxa de degradação fotocatalítica para ~ 2,73% de CdTe-TiO ₂ por um método eletrodepositado por pulso [29], ~ 45% de Bi ₂ O ₃ por uma técnica de adsorção e reação de camada iônica sucessiva assistida por ultrassonicação (SILAR) [32], e ~ 27,25% de Cu ₂ O por um método de voltametria de onda quadrada [33], fotoatividade deste Cu ₂ como sintetizado O-TiO ₂ amostra foi improvável. No entanto, como uma nova estratégia fácil, ainda conduziu a melhorar o método de fabricação. Quando o Cu ₂ Se a quantidade de carregamento aumentou, houve uma tendência de que a atividade fotocatalítica do nosso Cu ₂ sintetizado O-TiO ₂ Os filmes de heterojunção NTA aumentaram. Indicou o Cu ₂ O conteúdo de O influenciou positivamente a atividade fotocatalítica da luz visível. TiO ₂ em si só respondeu ao ultravioleta, e a capacidade fotocatalítica da faixa de luz visível deve vir da decoração de Cu ₂ O. Como mostrado na Fig. 7, a parte inferior da banda de condução de Cu ₂ O era um pouco maior do que TiO ₂ , enquanto o topo da banda de valência de Cu ₂ O foi superior ao de TiO ₂ . Assim, os elétrons fotoinduzidos ficaram entusiasmados com a banda de condução de Cu ₂ O e então transferido para a banda de condução de TiO ₂ . Como um semicondutor de gap direto, vetor de onda de Cu ₂ O era exatamente o mesmo na parte inferior da banda de condução e no topo da banda de valência. Isso significava que apenas as mudanças de energia eram necessárias, em vez das mudanças de momentum. Essa estrutura de banda de energia levou à situação de os portadores se recombinarem facilmente. No entanto, devido à ajuda da estrutura de heterojunção, os elétrons fotogerados em Cu ₂ O transferido para TiO ₂ NTAs que suprimiram a recombinação de pares elétron / lacuna. Quanto mais tempo os pares existiram, mais facilmente o ROS foi produzido, o que trouxe essa atividade fotocatalítica. Quanto mais Cu ₂ O carregado no TiO ₂ NTAs, a heterojunção fabricada melhor. E a capacidade fotocatalítica foi promovida. Então, o Cu ₂ O conteúdo de O influenciou positivamente a atividade fotocatalítica na luz visível. No entanto, aumento adicional de Cu ₂ O conteúdo de O, bem como a capacidade fotocatalítica são limitados, devido à solubilidade do Cu (Ac) ₂ em solução aquosa que era de 7,2 g (0,36 mol / L) à temperatura ambiente. E amostra S5 com Cu (Ac) ₂ concentração de 4,0 mol / L é preparada por um processo de imersão de ciclo descrito no arquivo adicional 1, a parte de Detalhes Experimentais. A degradação fotocatalítica do MO seguiu uma cinética de pseudo-primeira ordem [42] e a reação cinética pode ser expressa como:
$$ {A} _t ={A} _0 {e} ^ {- kt} $$ (4)

Estrutura da lacuna de banda de Cu ₂ O e TiO ₂ antes (à esquerda) e depois do contato (à direita). Quando o Cu ₂ O-TiO ₂ heterojunção é formada, os pares elétron / buraco fotogerados em Cu ₂ O poderia ser transferido para TiO ₂ NTAs

Embora nossa curva de degradação mostre quase uma linha reta, não é uma função exponencial. Portanto, ainda havia espaço para melhorias. E o limite de solubilidade pode ser quebrado pelo método de imersão repetido que mencionamos antes, com uma investigação mais aprofundada do Cu (Ac) ₂ tempos de concentração e repetição para evitar efeitos adversos. Neste estudo, como este método de decomposição térmica era o que estávamos preocupados e tentamos ilustrar, tomamos apenas 0,3 mol / L (perto da solubilidade de 0,36 mol / L) como a concentração máxima de Cu (Ac) ₂ solução. E a atividade fotocatalítica na faixa de luz visível de nossa heterojunção sintetizada foi confirmada pelos resultados de degradação de MO. Nosso estudo anterior descobriu que o Degussa P25 tinha atividades fotocatalíticas ultravioleta semelhantes com TiO ₂ NTAs, quando a potência P25 foi colocada sobre um substrato de vidro [28]. Pode-se concluir que preparamos com sucesso Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA com atividades fotocatalíticas na luz visível.

Conclusões

Em resumo, preparamos com sucesso o Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA por um processo de decomposição térmica simples. Os resultados de SEM, EDS e XRD mostram que TiO ₂ NTAs com um diâmetro de tubo de ~ 100 nm foram carregados por Cu ₂ Nanopartículas de O com tamanho médio de ~ 50 nm. O TiO anódico ₂ Os NTAs funcionaram como “nano-contêineres” e “nano-reatores” para carregar e sintetizar o Cu ₂ de banda estreita O nanopartículas, que não foi relatado antes. Os espectros de UV-vis indicam que a faixa de absorção do TiO ₂ Os NTAs foram expandidos da faixa ultraviolenta para a faixa de luz visível, devido ao carregamento de Cu ₂ O. O teste fotocatalítico indicou que havia uma atividade fotocatalítica de luz visível do Cu ₂ como sintetizado O-TiO ₂ heterojunção. As habilidades fotocatalíticas do Cu ₂ O-TiO ₂ Verificou-se que os filmes de heterojunção NTA aumentaram com o Cu ₂ Conteúdo de O de 0,05 a 0,3 mol / L. Nosso trabalho atual demonstrou um método novo e fácil de preparar Cu ₂ O-TiO ₂ Filmes de heterojunção NTA, que também podem ser promissores para as áreas ambientais e energéticas.