Fabricação de Heteroestruturas Ag3PO4 / TiO2 no esquema Z para Melhorar a Atividade Fotocatalítica Visível

Resumo

Neste artigo, um estudo sintético do composto Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ fotocatalisador, sintetizado pelo método simples de duas etapas. Ferramentas de caracterização complementares, como difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e espectroscopia de refletância difusa de UV-vis foram adotadas nesta pesquisa . Os resultados mostraram que uma morfologia altamente cristalina e boa pode ser observada. No experimento de desempenho fotocatalítico, TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ mostra a melhor atividade fotocatalítica, e a taxa de degradação fotocatalítica atingiu quase 100% após iluminar por 25 min. A constante de taxa de reação de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ é o maior, que é 0,02286 min ⁻¹ , o dobro do Ag ₃ PO ₄ e 6,6 vezes o valor mínimo de TiO ₂ 400. O efeito de degradação do TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ mostra boa estabilidade após reciclar o fotocatalisador quatro vezes. Experimentos de captura para as espécies catalíticas ativas revelam que os principais fatores são buracos (h ⁺ ) e ânions superóxido (O · - 2), enquanto o radical hidroxila (· OH) desempenha degradação parcial. Nesta base, um Z - mecanismo de reação do esquema de Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ estrutura heterogênea é apresentada, e seu mecanismo de degradação é exposto.

Histórico

Fotocatalisadores semicondutores têm atraído interesse crescente devido ao uso extensivo na degradação de poluentes orgânicos e células solares [1,2,3,4,5,6]. Como representante de fotocatalisadores baseados em semicondutores, TiO ₂ foi extensivamente investigado devido às suas excelentes propriedades físico-químicas [7, 8]. No entanto, o TiO puro ₂ o fotocatalisador tem certas desvantagens em aplicações práticas, como seu largo intervalo de banda (3,2 eV para anatase e 3,0 eV para rutilo), o que leva a uma fraca resposta visível.

Um composto à base de prata, como Ag ₂ O, AgX (X =Cl, Br, I), Ag ₃ PO ₄ , Ag ₂ CrO ₄ , foram recentemente usados para aplicações fotocatalíticas [9,10,11,12]. Entre outros, ortofosfato de prata (Ag ₃ PO ₄ ) já atraiu a atenção de muitos pesquisadores porque Ag ₃ PO ₄ tem uma lacuna de banda de 2,45 eV e forte absorção a menos de 520 nm. O rendimento quântico de Ag ₃ PO ₄ é superior a 90%. É um bom fotocatalisador de luz visível. No entanto, devido à formação de Ag ⁰ na superfície do catalisador (4Ag ₃ PO ₄ + 6H ₂ O + 12h ⁺ + 12e ^- → 12Ag ⁰ + 4H ₃ PO ₄ + 3O ₂ ) durante a reação fotocatalítica, a reutilização de Ag ₃ PO ₄ é um grande problema. Portanto, é uma prática comum reduzir a corrosão fotocatalítica de Ag ₃ PO ₄ e garantir uma boa atividade catalítica do Ag ₃ PO ₄ . Com base na precedência da literatura, sabe-se que a composição pode efetivamente melhorar o desempenho fotocatalítico de ambos os materiais semicondutores. Após a composição, o efeito de separação de elétrons fotogerados e lacunas é fortalecido, contribuindo para aumentar a atividade fotocatalítica dos materiais compósitos. Numerosos pesquisadores investigaram heterojunções como Bi ₂ O ₃ -Bi ₂ WO ₆ , TiO ₂ / Bi ₂ WO ₆ , ZnO / CdSe e Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ [2, 13,14,15]. Em comparação com os fotocatalisadores monofásicos, os fotocatalisadores de heterojunção podem expandir a faixa de resposta à luz por meio do acoplamento de materiais de estrutura eletrônica correspondentes. E por causa do efeito sinérgico entre os componentes, a carga pode ser transferida de várias maneiras para melhorar ainda mais a atividade fotocatalítica de heterojunção.

Com base na análise acima, Ag ₃ PO ₄ Compostos semicondutores à base de semicondutores com efeito de aprimoramento sinérgico foram projetados para melhorar os defeitos de recombinação de portadores e Ag ₃ PO ₄ desempenho catalítico de compósitos semicondutores com base em Neste documento, TiO de tamanho nanométrico ₂ foi preparada pelo método solvotérmico e, em seguida, as nanopartículas de TiO ₂ 400 foram depositados na superfície do Ag ₃ PO ₄ à temperatura ambiente para obter TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compósitos. A atividade fotocatalítica do TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ compósito foi testado usando corante RhB (rodamina B).

Métodos

Preparação hidrotérmica de TiO nanodimensionado ₂

0,4 g de P123 foi adicionado a uma solução mista contendo 7,6 mL de etanol absoluto e 0,5 mL de água desionizada e agitada até P123 estar completamente dissolvido. A solução clarificada foi rotulada como uma solução. Em seguida, uma solução mista contendo 2,5 mL de titanato de butila (TBOT) e 1,4 mL de ácido clorídrico concentrado (12 mol / L) foi preparada e rotulada como solução B. A solução B foi adicionada à solução A por gota. Após agitação durante 30 min, 32 mL de etilenoglicol (EG) foram adicionados à solução e agitada durante 30 min. Em seguida, a solução foi colocada em estufa, a 140 ° C, alta temperatura e alta pressão, por 24 h. Resfriamento natural, lavagem centrífuga, separação, coleta de sedimentos e secagem em estufa a 80 ° C por 8 h. A precipitação branca foi calcinada em mufla em diferentes temperaturas (300 ° C, 400 ° C, 500 ° C) e marcada como reserva de TiO ₂ 300, TiO ₂ 400 e TiO ₂ 500, respectivamente.

Preparação do TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ Fotocatalisador

O 0,1 g de TiO ₂ pó foi adicionado à solução de nitrato de prata de 30 mL contendo 0,612 g de AgNO ₃ e então tratado por ultrassom por 30 min para fazer TiO ₂ disperso uniformemente. Adicionamos solução de 30 mL contendo 0,43 g de Na ₂ HPO ₄ .12H ₂ O e agitado durante 120 min à temperatura ambiente. Por centrifugação, limpeza com água desionizada e etanol anidro, os precipitados foram separados, coletados e secos a 60 ° C. Os produtos foram nomeados como TiO ₂ 300 / Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO _4, e TiO ₂ 500 / Ag ₃ PO ₄ , respectivamente. Ag ₃ PO ₄ foi preparado sem adicionar TiO ₂ sob as mesmas condições do processo acima.

Caracterização

Os padrões de difração de raios X (XRD) das amostras resultantes foram realizados em um difratômetro de raios X D / MaxRB (Japão), que possui um Cu-Ka de 35 kV com uma taxa de varredura de 0,02 ° s ⁻¹ , variando de 10 a 80 °. Microscopia eletrônica de varredura (SEM), montagem de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) JEOL, JSM-6510 e JSM-2100 com espectroscopia de raios-X dispersiva de energia (EDX) para estudar sua morfologia na tensão de aceleração de 10 kV. As informações de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) foram coletadas usando um espectrômetro de elétrons ESCALAB 250 sob radiação de Cu Kα 300-W. A pressão básica era de cerca de 3 × 10 ⁻⁹ mbar, Combine para se referir à linha C1s no carbono amorfo 284,6 eV.

Medida de atividade fotocatalítica

O desempenho fotocatalítico do TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ catalisadores foram testados utilizando a fotodegradação de RhB em solução aquosa como objeto de pesquisa. Cinqüenta miligramas do fotocatalisador foram misturados com 50 mL de solução aquosa RhB (10 mg L ⁻¹ ) e mexido no escuro por um certo tempo antes da iluminação para garantir o equilíbrio de adsorção. No processo de reação, a água de resfriamento é usada para manter a temperatura do sistema constante à temperatura ambiente. Uma lâmpada de Xenon 1000-W fornece iluminação para simular a luz visível. O espectrofotômetro LAMBDA35 UV / Vis foi usado para caracterizar a concentração ( C ) mudança da solução RhB em λ =553 nm. A taxa de descoloração é indicada em função do tempo vs C _t / C ₀ . Onde C ₀ é a concentração antes da iluminação, e C _t é a concentração após a iluminação. Os catalisadores usados foram recolhidos para detectar a estabilidade do ciclo dos catalisadores. O experimento foi repetido quatro vezes.

Resultados e discussão

A análise de XRD é usada para determinar a estrutura de fase e o tipo cristalino de catalisador. Os espectros de XRD dos catalisadores preparados foram mostrados na Fig. 1, incluindo TiO ₂ 400, Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ 500 / Ag ₃ PO ₄ . Pode-se obter pela figura que a estrutura cristalina do TiO ₂ 400 é anatase (JCPDS No. 71-1166). No espectro de XRD de Ag ₃ PO ₄ , os picos de difração localizados a 20,9 °, 29,7 °, 33,3 °, 36,6 °, 47,9 °, 52,7 °, 55,1 °, 57,4 °, 61,7 ° e 72,0 ° pertencem aos picos característicos de (110), (200), (210), (211), (310), (222), (320), (321), (400) e (421) planos de Ag ₃ PO ₄ (JCPDS No. 70-0702), respectivamente. Os fotocatalisadores compostos sintetizados mostraram picos característicos consistentes com TiO ₂ e Ag ₃ PO ₄ , e os picos característicos de TiO ₂ foram 25,3 ° no TiO composto ₂ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 500 / Ag ₃ PO ₄ , que era consistente com a temperatura de calcinação do TiO ₂ aumento, a cristalinidade do TiO ₂ torna-se mais alto.

Os padrões de XRD das amostras preparadas

A Figura 2 mostra os diagramas SEM, TEM e EDX dos catalisadores de TiO ₂ 400, Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ . A Figura 2a é a nanoestrutura esférica TiO ₂ 400 preparado pelo método solvotérmico com um diâmetro variando de 100 a 300 nm. A Figura 2b é o Ag ₃ PO ₄ cristal com uma estrutura hexaédrica regular. Seu tamanho de partícula varia de 0,1 a 1,5 μm e tem uma superfície razoavelmente lisa. A Figura 2c é a imagem SEM do TiO composto ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ . Pode ser visto que as nanopartículas de TiO ₂ 400 são depositados na superfície do Ag ₃ PO ₄ . A morfologia do TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ foi explorado posteriormente com TEM e o diagrama TEM de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ é exibido na Fig. 2d. Pode-se observar que TiO de tamanho nanométrico de 200 nm ₂ partículas aderem à superfície do Ag ₃ PO ₄ . A Figura 2e é o HRTEM do TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ . Pode-se concluir que TiO ₂ partículas estão intimamente ligadas a Ag ₃ PO ₄ , e o espaçamento da rede de TiO ₂ 400 e Ag ₃ PO ₄ são 0,3516 e 0,245 nm, respectivamente, correspondendo a (101) e (211) superfícies de TiO ₂ e Ag ₃ PO ₄ . A Figura 2f é o diagrama EDX do TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ . Pode-se ver que a amostra consiste em quatro elementos:Ti, O, Ag e P. O pico de difração óbvio do elemento cobre é produzido pela fonte de excitação EDX, Cu Ka. EDX confirmou os elementos químicos correspondentes de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ . Em conclusão, pode ser claramente julgado que TiO ₂ é carregado na superfície de Ag ₃ PO ₄ cristais na forma granular e tem uma boa morfologia hexaedro.

Imagens SEM de fotocatalisadores preparados: a TiO ₂ 400, b Ag ₃ PO ₄ , c TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ , d Imagem TEM de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ , e Imagem HRTEM do TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ , e f padrão EDX correspondente de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄

A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X do produto (XPS) é investigada na Fig. 3. A Figura 3a é o espectro de XPS de pesquisa do produto. Ti, O, Ag, P e C cinco elementos podem ser observados no gráfico, dos quais C é a base, o que implica que o composto coexistiu com TiO ₂ e Ag ₃ PO ₄ . A Figura 3b é o espectro de alta resolução de Ag 3d. Os dois picos principais centraram-se na energia de ligação 366,26 eV e 372,29 eV, atribuindo a Ag 3d5 / 2 e Ag 3d3 / 2, respetivamente. Isso mostra que Ag é principalmente Ag ⁺ no fotocatalisador de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ [16]. A Figura 3c mostra o pico XPS de P 2p, que corresponde a P ⁵⁺ no PO ₄ ³⁺ estrutura em 131,62 eV. Dois picos localizados em 457,43 eV e 464,58 eV podem ser atribuídos a Ti 2p3 / 2 e Ti 2p1 / 2 no espectro XPS do orbital Ti 2p (Fig. 3d). A Figura 3e é o XPS de O 1s. Todo o pico pode ser dividido em três picos característicos, 528,9 eV, 530,2 eV e 532,1 eV. Os picos em 528,9 eV e 530,2 eV são atribuídos ao oxigênio em Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ redes, respectivamente. Os picos em 532,1 eV indicam hidroxilas ou o oxigênio adsorvido na superfície do TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ . Os resultados da análise XPS comprovam ainda que Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ foram agravados.

Espectro XPS de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ : a varredura de pesquisa, b Ag 3d, c P 2p, d Ti 2p e e O1s

Os espectros de absorção de refletância difusa de UV-Vis dos catalisadores de TiO ₂ 400, Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ são exibidos na Fig. 4a. Pode ser visto na figura que os comprimentos de onda de corte de absorção óptica do TiO ₂ 400 e Ag ₃ PO ₄ são 400 e 500 nm, respectivamente. Quando Ag ₃ PO ₄ é carregado no TiO ₂ 400, a faixa de absorção de luz do composto obviamente se amplia para 500-700 nm, indicando que há interação entre Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ 400 no sistema composto de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ , e o mecanismo precisa de um estudo mais aprofundado. Largura de banda de Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 400 e TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ catalisadores é calculado com a fórmula de Kubelka-Munk [17]:
$$ A \ mathrm {hv} =c {\ left (\ mathrm {hv} - \ mathrm {Eg} \ right)} ^ n $$

TiO ₂ 400, Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ catalisadores: a UV-Vis DRS, b parcelas de ( α hv) ^1/2 versus energia (hv)

onde A , hv, c , e Eg são o coeficiente de absorção, a energia do fóton incidente, a constante de absorção e a energia do gap, respectivamente. O valor de n para semicondutor direto é 1/2, e para semicondutor indireto é 2. Anatase TiO ₂ e Ag ₃ PO ₄ são semicondutores indiretos, então n leva 2.

Os gráficos que representam ( α hv) ^1/2 versus energia de fóton incidente (hv) da Fig. 4b indica os diagramas de energia de gap (eg) de Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 400 e TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ os catalisadores são 2,45 eV, 3,1 eV e 2,75 eV, respectivamente. Isso prova ainda que TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ é um bom fotocatalisador de luz visível com largura de banda adequada e capacidade de captura de luz visível.

Degradação fotocatalítica de RhB por TiO ₂ 400, Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ 500 / Ag ₃ PO ₄ foi investigado na Fig. 5a. Os resultados mostraram que TiO puro ₂ 400 teve o pior efeito fotocatalítico, e a taxa de degradação fotocatalítica foi de apenas 30% em 25 min. A eficiência da degradação fotocatalítica do Ag ₃ puro PO ₄ foi de 69% após 25 min de irradiação. A taxa de degradação fotocatalítica de TiO ₂ 300 / Ag ₃ PO ₄ atingiu 40% após 25 min. A taxa de degradação fotocatalítica de TiO ₂ 500 / Ag ₃ PO ₄ foi de 80% após 25 min de irradiação. A melhor atividade fotocatalítica foi TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ , e 100% do RhB foi decomposto após 25 min de iluminação.

a Efeitos de diferentes catalisadores na degradação fotocatalítica de RhB sob luz visível. b Gráficos de ajuste cinético de primeira ordem da degradação fotocatalítica de RhB com diferentes catalisadores. c Ciclismo corridas de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ . d Experimentos de captura de espécies ativas

A Figura 5b estudou o modelo cinético de degradação fotocatalítica de RhB. A partir da figura, a fotodegradação de RhB foi seguida a cinética de pseudo-primeira ordem e a constante de taxa de reação ( k ) foi calculado com a inclinação das curvas de ajuste. A constante da taxa de reação ( k ) os valores de cada amostra foram mostrados na Tabela 1. As constantes de taxa de reação de TiO ₂ 400, Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 300 / Ag ₃ PO ₄ , TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ 500 / Ag ₃ PO ₄ foram 0,00345 min ⁻¹ , 0,01148 min ⁻¹ , 0,00525 min ⁻¹ , 0,02286 min ⁻¹ , e 0,01513 min ⁻¹ , respectivamente. A amostra TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ tem a maior constante de taxa de reação, que é 0,02286 min ⁻¹ , o dobro do Ag ₃ PO ₄ e 6,6 vezes o valor mínimo de TiO ₂ 400. Isso indica que a combinação de Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ pode contribuir muito para a melhoria do Ag ₃ PO ₄ atividade fotocatalítica.

A Figura 5c é o resultado do teste de estabilidade de quatro vezes de degradação da solução RhB pela reciclagem de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ . O efeito de degradação do TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ mostra boa estabilidade em quatro tempos de reciclagem e, no experimento do quarto ciclo, o efeito de degradação do TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ foi ligeiramente superior ao do terceiro ciclo. Isso pode ser devido à formação de material composto entre Ag ₃ PO ₄ e TiO ₂ para acelerar a transferência do par elétron-buraco fotogerado e a formação in situ de uma pequena quantidade de Ag em Ag ₃ PO ₄ durante a fotocatálise para inibir mais fotocorrosão.

Os resultados do TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ os fatores de captura são mostrados na Fig. 5d. Após a adição do agente de aprisionamento IPA, a atividade de degradação diminuiu parcialmente. Quando BQ e TEOA foram adicionados, o grau de degradação de RhB diminuiu significativamente, mesmo próximo a 0. Portanto, podemos inferir que os principais fatores são buracos (h ⁺ ) e ânions superóxido (O · - 2), enquanto o radical hidroxila (· OH) desempenha degradação parcial.

Um possível mecanismo de degradação fotocatalítica do esquema Z foi proposto no Esquema 1 para explicar a degradação fotocatalítica de RhB por TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ baseado em captura de radicais livres e experimentos de fotodegradação. A lacuna de banda de Ag ₃ PO ₄ é 2,45 eV, e seu E _CB e E _VB potenciais são ca.0,45 eV e 2,9 eV (vs. NHE) [18], respectivamente. Conforme mostrado no Esquema 1, sob irradiação de luz visível, Ag ₃ PO ₄ é estimulado por fótons com energia maior do que seu gap para produzir pares elétron-buraco fotogerados. Os buracos deixados na banda de valência de Ag ₃ PO ₄ migrou para a banda de valência do TiO ₂ e então participou diretamente do processo de oxidação e decomposição de RhB, que foi adsorvido na superfície do TiO ₂ . Ao mesmo tempo, durante a migração dos orifícios fotogerados, o H ₂ O e OH ^- adsorvido na superfície do compósito também pode ser oxidado para formar · OH, e o · OH altamente oxidante pode oxidar e degradar ainda mais os poluentes. Isto se deve principalmente à energia dos orifícios na banda de valência do Ag ₃ PO ₄ que é 2,9 eV, maior do que a energia potencial de reação de OH ^- / OH (E (OH ^- / OH) =1,99 eV (vs. NHE)). No entanto, o potencial de condução de Ag ₃ PO ₄ é 0,45 eV, a energia dos elétrons fotogerados é 0,45 eV e a energia de ativação do oxigênio de um único elétron é E (O ₂ / O · - 2) =0,13 eV (vs. NHE). Os elétrons fotogerados em Ag ₃ PO ₄ a banda de condução não pode ser capturada pelo oxigênio dissolvido. Com o acúmulo de elétrons fotogerados no Ag ₃ PO ₄ banda condutora, uma pequena quantidade de nanopartículas de Ag foi formada devido à corrosão fotocatalítica de Ag ₃ PO ₄ fotocatalisador. As nanopartículas de Ag formadas também podem ser estimuladas pela energia da luz para formar pares elétron-buraco fotogerados. Em seguida, os elétrons migraram para a banda de condução de TiO ₂ , enquanto os buracos deixados nas nanopartículas de Ag podem ser compostos com os elétrons fotogerados gerados na banda de condução de Ag ₃ PO ₄ , evitando assim a corrosão adicional de Ag ₃ PO ₄ fotocatalisador. Devido à banda proibida de TiO ₂ é 3,1 eV, não pode ser excitado sob luz visível e o E _CB e E _VB são ca. - 0,24 eV e 2,86 eV (vs. NHE), respectivamente. Elétrons injetados no TiO ₂ a banda de condução pode degradar os poluentes prendendo o oxigênio adsorvido no TiO ₂ superfície. Isso se deve principalmente ao E _CB =- 0,24 eV (vs. NHE) que é mais negativo do que E (O ₂ / O · - 2) =0,13 eV (vs. NHE). Os resultados estão de acordo com os experimentos de captura. Os principais fatores são buracos (h ⁺ ) e ânions superóxido (O · - 2), enquanto o radical hidroxila (· OH) desempenha degradação parcial.

Ilustração esquemática do mecanismo fotocatalítico de TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄

Com base na discussão acima, a reação de degradação do TiO ₂ / Ag ₃ PO ₄ é expresso pela equação química da seguinte forma:

Geração de pares de furos de fotoelétrons:
$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4+ \ mathrm {hv} \ to {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) $$$$ {\ mathrm {Ag}} ^ {+} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) \ to \ mathrm {Ag} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$$$ \ mathrm {Ag} + \ mathrm {hv} \ to \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ direita) $$
Migração e transformação de pares de elétrons de buraco fotogerado:
$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + \ mathrm {Ti} {\ mathrm { O}} _ 2 \ to \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) \ to \ mathrm {Ag} + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O} } _4 $$$$ \ mathrm {Ag} \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ to \ mathrm {Ti} { \ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + \ mathrm {Ag} $$$$ \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ( {\ mathrm {e}} ^ {-} \ right) + {\ mathrm {O}} _ 2 \ to {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ cdotp -} + \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O }} _ 2 $$$$ {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) +0 {\ mathrm {H}} ^ {-} \ to \ mathrm {OH} \ cdotp + {\ mathrm {Ag}} _ 3 \ mathrm {P} {\ mathrm {O}} _ 4 $$
Degradação de poluentes:
$$ \ mathrm {Ti} {\ mathrm {O}} _ 2 \ left ({\ mathrm {h}} ^ {+} \ right) + \ mathrm {RhB} \ to \ mathrm {Degradação} \ \ mathrm {produto } + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} $$$$ {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ cdotp -} + \ mathrm {RhB} \ to \ mathrm {Degradação} \ \ mathrm {produto} + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} $$$$ \ mathrm {OH} \ cdotp + \ mathrm {RhB } \ to \ mathrm {Degradação} \ \ mathrm {produto} + {\ mathrm {CO}} _ 2 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ \ mathrm {O} + {\ mathrm {Cl}} ^ {-} $ $

Conclusões

Em resumo, uma investigação abrangente do composto Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ é apresentado o fotocatalisador, preparado por um método simples de duas etapas. Ferramentas de caracterização complementares, como difração de raios-X (XRD), microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR-TEM), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX), X espectroscopia de fotoelétrons de raios (XPS) e espectroscopia de refletância difusa de UV-vis (DRS) foram utilizadas neste estudo. Os resultados mostraram que o composto Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ o fotocatalisador é altamente cristalino e tem boa morfologia. Para Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ degradação de RhB, TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ mostra a maior atividade fotocatalítica. Após 25 min de reação, a taxa de degradação fotocatalítica atingiu quase 100%. A constante de taxa de reação de TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ é 0,02286 min ⁻¹ , que é o dobro do Ag ₃ PO ₄ e 6,6 vezes o valor mínimo de TiO ₂ 400. O TiO ₂ 400 / Ag ₃ PO ₄ também exibe boa estabilidade depois de reciclar quatro vezes. As principais espécies catalíticas ativas são buracos (h ⁺ ) e ânions superóxido (O · - 2), enquanto o radical hidroxila (· OH) desempenha parcialmente a degradação em experimentos de captura. Além disso, um mecanismo de reação do esquema Z de Ag ₃ PO ₄ / TiO ₂ estrutura heterogênea é proposta para explicar o mecanismo de degradação do RhB. O acúmulo de elétrons fotogerados no Ag ₃ PO ₄ banda condutiva causa fotocaptação de Ag ₃ PO ₄ fotocatalisador para formar uma pequena quantidade de nanopartículas de Ag, conseqüentemente, acelerando a transferência de elétrons fotogerados no Ag ₃ PO ₄ banda de condução, evitando assim mais Ag ₃ PO ₄ corrosão do fotocatalisador.

Disponibilidade de dados e materiais

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