가시적인 광촉매 활성을 강화하기 위한 Z-scheme Ag3PO4/TiO2 이종구조의 제작

초록

이 논문에서 합성 Ag₃ PO₄ /TiO₂ 간단한 2단계 방법으로 합성된 광촉매가 수행됩니다. X선 회절, 주사 전자 현미경, 투과 전자 현미경, 고해상도 투과 전자 현미경, 에너지 분산 X선 분광법, X선 광전자 분광법 및 UV-vis 확산 반사 분광법과 같은 추가 특성화 도구가 이 연구에 채택되었습니다. . 결과는 높은 결정성과 좋은 형태가 관찰될 수 있음을 보여주었다. 광촉매 성능 실험에서 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 광촉매 활성이 가장 우수하며 25분 동안 조사한 후 광촉매 분해율이 거의 100%에 도달했습니다. TiO₂의 반응 속도 상수 400/Ag₃ PO₄ 가장 큰 값은 0.02286 min⁻¹ 입니다. , Ag₃의 두 배 PO₄ TiO₂ 최소값의 6.6배 400. TiO₂의 분해효과 400/Ag₃ PO₄ 광촉매를 4회 재활용한 후 우수한 안정성을 나타냅니다. 활성 촉매 종에 대한 트래핑 실험은 주요 요인이 구멍(h⁺ ) 및 슈퍼옥사이드 음이온(O·- 2)인 반면, 하이드록실 라디칼(·OH)은 부분적으로 분해를 한다. 이를 바탕으로 Z -Ag₃의 반응 메커니즘 PO₄ /TiO₂ 이질적인 구조를 제시하고 그 분해 메커니즘을 설명한다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

반도체 광촉매는 유기 오염 물질 분해 및 태양 전지의 광범위한 사용으로 인해 증가하는 관심을 끌고 있습니다[1,2,3,4,5,6]. 반도체 기반 광촉매의 대표주자인 TiO₂ 우수한 물리화학적 특성 때문에 광범위하게 조사되었습니다[7, 8]. 그러나 순수한 TiO₂ 광촉매는 넓은 밴드 갭(atase의 경우 3.2 eV, rutile의 경우 3.0 eV)과 같은 실제 응용 분야에서 특정 단점이 있어 가시적인 응답이 좋지 않습니다.

Ag₂와 같은 은계 화합물 O, AgX(X =Cl, Br, I), Ag₃ PO₄ , Ag₂ CrO₄ , 최근 광촉매 응용 분야에 사용되었습니다[9,10,11,12]. 그 중에서도 오르토인산은(Ag₃ PO₄ )은 Ag₃ 때문에 이미 많은 연구자들로부터 주목을 받았습니다. PO₄ 2.45 eV의 밴드갭과 520 nm 이하에서 강한 흡수를 갖는다. Ag₃의 양자 수율 PO₄ 90% 이상입니다. 좋은 가시광선 광촉매입니다. 그러나 Ag⁰ 의 형성으로 인해 촉매 표면에 (4Ag₃ PO₄ + 6H₂ O + 12h⁺ + 12e⁻ → 12Ag⁰ + 4H₃ PO₄ + 3O₂ ) 광촉매 반응 중 Ag₃ 재사용 PO₄ 중요한 문제입니다. 따라서 Ag₃의 광촉매 부식을 줄이는 것이 일반적입니다. PO₄ Ag₃의 우수한 촉매 활성 보장 PO₄ . 선행 문헌에 따르면 컴파운딩은 두 반도체 재료의 광촉매 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다고 알려져 있습니다. 합성 후 광 발생 전자와 정공의 분리 효과가 강화되어 복합 재료의 광촉매 활성을 향상시키는 데 기여합니다. 많은 연구자들이 Bi₂와 같은 이종접합을 조사했습니다. O₃ -Bi₂ WO₆ , TiO₂ /Bi₂ WO₆ , ZnO/CdSe 및 Ag₃ PO₄ /TiO₂ [2, 13,14,15]. 단상 광촉매와 비교하여 이종 접합 광촉매는 일치하는 전자 구조 재료를 결합하여 광 응답 범위를 확장할 수 있습니다. 또한 구성 요소 간의 시너지 효과로 인해 다양한 방식으로 전하를 전달하여 이종 접합 광촉매 활성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

위의 분석에 따르면 Ag₃ PO₄ 캐리어 재결합 결함과 Ag₃를 개선하기 위해 시너지 향상 효과가 있는 기반 반도체 복합 재료 PO₄ 기반 반도체 복합 촉매 성능. 본 논문에서는 나노크기의 TiO₂ solvothermal 방법으로 제조한 다음 TiO₂의 나노 입자 Ag₃ 표면에 400개 증착 PO₄ TiO₂를 얻기 위해 실온에서 /Ag₃ PO₄ 합성물. TiO₂의 광촉매 활성 /Ag₃ PO₄ 합성물은 RhB 염료(로다민 B)를 사용하여 테스트되었습니다.

방법

나노 크기 TiO의 열수 준비₂

0.4 g P123을 7.6mL 무수 에탄올 및 0.5mL 탈이온수를 함유하는 혼합 용액에 첨가하고 P123이 완전히 용해될 때까지 교반하였다. 정화된 용액을 A 용액으로 표시했습니다. 그런 다음 2.5 mL의 부틸 티타네이트(TBOT)와 1.4 mL의 진한 염산(12 mol/L)을 포함하는 혼합 용액을 준비하고 B 용액으로 표시했습니다. 용액 B를 용액 A에 한 방울씩 첨가하였다. 30분 동안 교반한 후, 32mL 에틸렌 글리콜(EG)을 용액에 첨가하고 30분 동안 교반하였다. 그런 다음, 용액을 140°C, 고온, 고압의 오븐에 24시간 동안 넣었습니다. 자연 냉각, 원심 세척, 분리, 침전물 수집 및 80 °C 오븐에서 8 h 건조. 백색 침전물은 다양한 온도(300 °C, 400 °C, 500 °C)의 머플로에서 하소되었으며 TiO₂의 대기 상태로 표시되었습니다. 300, TiO₂ 400 및 TiO₂ 각각 500.

TiO의 준비₂ /Ag₃ PO₄ 광촉매

0.1 g TiO₂ 분말을 0.612 g AgNO₃를 포함하는 30mL 질산은 용액에 첨가했습니다. 그런 다음 30 분 동안 초음파로 처리하여 TiO₂를 만듭니다. 균일하게 분산된다. 0.43 g Na₂를 포함하는 30mL 용액을 추가했습니다. HPO₄ .12H₂ O를 넣고 주위 온도에서 120분 동안 교반합니다. 원심분리, 탈이온수 및 무수 에탄올로 세척하여 침전물을 분리하고 수집하고 60°C에서 건조시켰다. 제품 이름은 TiO₂로 지정되었습니다. 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO_4, 및 TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ , 각각. Ag₃ PO₄ TiO₂를 추가하지 않고 준비했습니다. 위의 과정과 동일한 조건에서 진행됩니다.

특성화

결과 샘플의 X-선 회절(XRD) 패턴은 0.02° s^{-1<의 주사율로 35 kV Cu-Ka를 갖는 D/MaxRB X선 회절계(일본)에서 수행되었습니다. /sup>
, 10 ~ 80° 범위입니다. 에너지 분산 X선 분광법(EDX)이 있는 주사 전자 현미경(SEM), JEOL, JSM-6510 및 JSM-2100 투과 전자 현미경(TEM) 어셈블리를 사용하여 10kV 가속 전압에서 형태를 연구했습니다. X선 광전자 분광법(XPS) 정보는 300W Cu Kα 방사선 하에서 ESCALAB 250 전자 분광계를 사용하여 수집되었습니다. 기본 압력은 약 3 × 10⁻⁹
이었습니다. mbar, 무정형 탄소 284.6 eV에서 C1s 라인을 참조하도록 결합합니다.}

광촉매 활성 측정

TiO₂의 광촉매 성능 /Ag₃ PO₄ 촉매는 수용액에서 RhB의 광분해를 연구 대상으로 사용하여 테스트되었습니다. 50mg의 광촉매를 50 mL의 RhB 수용액(10 mg L⁻¹ ) 흡착 균형을 보장하기 위해 조명 전에 특정 시간 동안 어둠 속에서 교반합니다. 반응 과정에서 냉각수를 사용하여 시스템 온도를 실온에서 일정하게 유지합니다. 1000W 크세논 램프는 가시광선을 시뮬레이션하는 조명을 제공합니다. LAMBDA35 UV/Vis 분광광도계를 사용하여 농도(C ) λ에서 RhB 용액의 변화 =553 nm. 탈색율은 시간 대 C의 함수로 표시됩니다. _그 /C ₀ . C 위치 ₀ 는 조명 전 농도, C _그 조명 후 농도입니다. 사용한 촉매를 회수하여 촉매의 사이클 안정성을 검출하였다. 실험은 4번 반복되었습니다.

결과 및 토론

XRD 분석은 촉매의 상 구조와 결정 유형을 결정하는 데 사용됩니다. TiO₂를 포함한 제조된 촉매의 XRD 스펙트럼은 Fig. 1에 나타내었다. 400, Ag₃ PO₄ , TiO₂ /Ag₃ PO₄ , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 및 TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ . 그림에서 TiO₂의 결정 구조를 알 수 있습니다. 400은 아나타제(JCPDS No. 71-1166)이다. Ag₃의 XRD 스펙트럼에서 PO₄ , 20.9°, 29.7°, 33.3°, 36.6°, 47.9°, 52.7°, 55.1°, 57.4°, 61.7° 및 72.0°에 위치한 회절 피크는 (110), (200)의 특성 피크에 속합니다. (210), (211), (310), (222), (320), (321), (400) 및 (421) Ag₃ 평면 PO₄ (JCPDS No. 70-0702), 각각. 합성된 복합 광촉매는 TiO₂와 일치하는 특징적인 피크를 보였다 및 Ag₃ PO₄ , TiO₂의 특징적인 피크 복합 TiO₂에서 25.3°였습니다. , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ TiO₂의 소성 온도와 일치했습니다. 상승, TiO₂의 결정도 높아집니다.

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준비된 샘플의 XRD 패턴

그림 2는 TiO₂ 촉매의 SEM, TEM 및 EDX 다이어그램을 보여줍니다. 400, Ag₃ PO₄ 및 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ . 그림 2a는 구형 나노구조 TiO₂ 400은 100~300 nm 범위의 직경을 갖는 용매열법으로 제조되었습니다. 그림 2b는 Ag₃입니다. PO₄ 정육면체 구조의 결정체. 입자 크기는 0.1~1.5 μm이며 표면이 상당히 매끄럽습니다. 그림 2c는 복합 TiO₂의 SEM 이미지입니다. 400/Ag₃ PO₄ . TiO₂의 나노입자가 400은 Ag₃ 표면에 증착됩니다. PO₄ . TiO₂의 형태 400/Ag₃ PO₄ TEM 및 TiO₂의 TEM 다이어그램으로 추가 조사되었습니다. 400/Ag₃ PO₄ 그림 2d에 표시됩니다. 200nm 나노크기의 TiO₂ 입자가 Ag₃ 표면에 부착 PO₄ . 그림 2e는 TiO₂의 HRTEM입니다. 400/Ag₃ PO₄ . TiO₂ 입자는 Ag₃에 밀접하게 결합되어 있습니다. PO₄ , TiO₂의 격자 간격 400 및 Ag₃ PO₄ TiO₂의 (101) 및 (211) 표면에 해당하는 각각 0.3516 및 0.245 nm입니다. 및 Ag₃ PO₄ . 그림 2f는 TiO₂의 EDX 다이어그램입니다. 400/Ag₃ PO₄ . 샘플은 Ti, O, Ag 및 P의 4가지 원소로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 구리 원소의 명백한 회절 피크는 EDX 여기 소스인 Cu Ka에 의해 생성됩니다. EDX는 TiO₂의 해당 화학 원소를 확인했습니다. 400/Ag₃ PO₄ . 결론적으로 TiO₂ Ag₃ 표면에 로드됨 PO₄ 입상 형태의 결정이며 우수한 육면체 형태를 가지고 있습니다.

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준비된 광촉매의 SEM 이미지:a TiO₂ 400, b Ag₃ PO₄ , ㄷ TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ , d TiO₂의 TEM 이미지 400/Ag₃ PO₄ , e TiO₂의 HRTEM 이미지 400/Ag₃ PO₄ , 및 f TiO₂의 해당 EDX 패턴 400/Ag₃ PO₄

제품 X-선 광전자 분광법(XPS)은 그림 3에서 조사되었습니다. 그림 3a는 제품의 조사 XPS 스펙트럼입니다. Ti, O, Ag, P 및 C의 5가지 원소가 그래프에서 관찰될 수 있으며, 그 중 C는 기본이며 TiO₂와 함께 복합물이 공존했음을 의미합니다. 및 Ag₃ PO₄ . 그림 3b는 Ag 3d의 고해상도 스펙트럼입니다. 두 개의 주요 피크는 결합 에너지 366.26 eV 및 372.29 eV를 중심으로 하여 각각 Ag 3d5/2 및 Ag 3d3/2에 할당됩니다. Ag가 주로 Ag⁺ 임을 보여줍니다. TiO₂의 광촉매에서 400/Ag₃ PO₄ [16]. 그림 3c는 P⁵⁺ 에 해당하는 P2p의 XPS 피크를 보여줍니다. PO₄에서 ³⁺ 131.62 eV에서의 구조. 457.43 eV 및 464.58 eV에 위치한 두 개의 피크는 Ti 2p 궤도의 XPS 스펙트럼에서 Ti 2p3/2 및 Ti 2p1/2에 기인할 수 있습니다(그림 3d). 그림 3e는 O 1의 XPS입니다. 전체 피크는 528.9 eV, 530.2 eV, 532.1 eV의 세 가지 특징적인 피크로 나눌 수 있습니다. 528.9 eV 및 530.2 eV의 피크는 Ag₃의 산소에 기인합니다. PO₄ 및 TiO₂ 각각 격자. 532.1 eV의 피크는 수산기 또는 TiO₂ 표면에 흡착된 산소를 나타냅니다. /Ag₃ PO₄ . XPS 분석 결과는 Ag₃ PO₄ 및 TiO₂ 합성되었습니다.

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TiO₂의 XPS 스펙트럼 400/Ag₃ PO₄ :a 설문 조사, b Ag 3d, c 2p, d Ti 2p 및 e O1

TiO₂ 촉매의 UV-Vis 확산 반사 흡수 스펙트럼 400, Ag₃ PO₄ 및 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 도 4a에 나타내었다. TiO₂의 광흡수 차단 파장은 그림에서 알 수 있습니다. 400 및 Ag₃ PO₄ 각각 400 및 500 nm입니다. Ag₃일 때 PO₄ TiO₂에 로드됨 400에서 합성물의 광 흡수 범위는 분명히 500–700 nm로 확장되어 Ag₃ 사이에 상호 작용이 있음을 나타냅니다. PO₄ 및 TiO₂ TiO₂의 복합 시스템에서 400 400/Ag₃ PO₄ , 메커니즘에 대한 추가 연구가 필요합니다. Ag₃의 대역폭 PO₄ , TiO₂ 400 및 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 촉매는 Kubelka-Munk 공식[17]으로 계산됩니다.

$$ A\mathrm{hv}=c{\left(\mathrm{hv}-\mathrm{예}\right)}^n $$ <그림>

TiO₂ 400, Ag₃ PO₄ 및 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 촉매:a UV-Vis DRS, b (α의 플롯 hv)^1/2 대 에너지(hv)

여기서 A , hv, c , 및 Eg는 각각 흡수 계수, 입사 광자 에너지, 흡수 상수 및 밴드 갭 에너지입니다. n의 값 직접 반도체의 경우 1/2이고 간접 반도체의 경우 2입니다. Anatase TiO₂ 및 Ag₃ PO₄ 간접 반도체이므로 n 2가 걸립니다.

(α hv)^1/2 그림 4b의 입사 광자 에너지(hv) 대 Ag₃의 밴드 갭 에너지 다이어그램(Eg)을 나타냅니다. PO₄ , TiO₂ 400 및 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 촉매는 각각 2.45 eV, 3.1 eV 및 2.75 eV입니다. 이것은 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 적절한 밴드 갭 폭과 가시광선 포착 능력을 갖춘 우수한 가시광선 광촉매입니다.

TiO₂에 의한 RhB의 광촉매 분해 400, Ag₃ PO₄ , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 및 TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ 그림 5a에서 조사되었습니다. 결과는 순수한 TiO₂ 400은 광촉매 효과가 가장 나빴고, 광촉매 분해율은 25분 이내 30%에 불과했다. 순수 Ag₃의 광촉매 분해 효율 PO₄ 조사 25분 후 69%였다. TiO₂의 광촉매 분해율 300/Ag₃ PO₄ 25 분 후에 40%에 도달했습니다. TiO₂의 광촉매 분해율 500/Ag₃ PO₄ 조사 25분 후 80%였다. 최고의 광촉매 활성은 TiO₂였습니다. 400/Ag₃ PO₄ , 그리고 RhB는 25분의 조명 후에 100% 분해되었습니다.

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아 가시광선에서 RhB의 광촉매 분해에 대한 다양한 촉매의 효과. ㄴ 다른 촉매를 사용한 RhB의 광촉매 분해에 대한 1차 운동 피팅 플롯. ㄷ TiO₂의 순환 실행 400/Ag₃ PO₄ . d 활성 종의 포획 실험

그림 5b는 RhB의 광촉매 분해 속도론 모델을 연구했습니다. 그림에서 RhB의 광분해는 pseudo-first-order kinetics와 반응속도상수(k )는 피팅 곡선의 기울기로 계산되었습니다. 반응 속도 상수(k ) 각 시료의 값은 Table 1과 같다. TiO₂의 반응속도상수 400, Ag₃ PO₄ , TiO₂ 300/Ag₃ PO₄ , TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 및 TiO₂ 500/Ag₃ PO₄ 0.00345 분⁻¹ 이었습니다. , 0.01148 분⁻¹ , 0.00525 분⁻¹ , 0.02286 분⁻¹ 및 0.01513 min⁻¹ , 각각. 샘플 TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 가장 큰 반응 속도 상수는 0.02286 min⁻¹ 입니다. , Ag₃의 두 배 PO₄ TiO₂ 최소값의 6.6배 400. 이것은 Ag₃의 조합을 나타냅니다. PO₄ 및 TiO₂ Ag₃ 개선에 크게 기여할 수 있습니다. PO₄ 광촉매 활동.

그림 5c는 TiO₂를 재활용하여 RhB 용액을 4번 분해한 안정성 시험 결과이다. 400/Ag₃ PO₄ . TiO₂의 열화 효과 400/Ag₃ PO₄ 4번의 재활용에서 좋은 안정성을 보여주고, 4번째 사이클 실험에서 TiO₂의 분해 효과를 나타냅니다. 400/Ag₃ PO₄ 세 번째 사이클보다 약간 높았다. 이것은 Ag₃ 사이에 복합 재료의 형성 때문일 수 있습니다. PO₄ 및 TiO₂ 광 생성된 전자-정공 쌍 이동 및 Ag 내 소량의 Ag의 제자리 형성을 가속화하기 위해₃ PO₄ 광촉매 동안 추가 광부식을 억제합니다.

TiO₂의 결과 /Ag₃ PO₄ 캡처 요소는 그림 5d에 나와 있습니다. 트래핑제 IPA 첨가 후, 분해 활성이 부분적으로 감소하였다. BQ와 TEOA를 첨가했을 때 RhB의 분해 정도가 0에 가까울 정도로 크게 감소하였다. 따라서 주요 요인은 구멍(h⁺ ) 및 슈퍼옥사이드 음이온(O·− 2), 하이드록실 라디칼(·OH)은 부분적으로 분해됩니다.

TiO₂에 의한 RhB의 광촉매 분해를 완화하기 위해 가능한 Z-방식 광촉매 분해 메커니즘이 반응식 1에서 제안되었습니다. /Ag₃ PO₄ 자유 라디칼 포착 및 광분해 실험을 기반으로 합니다. Ag₃의 밴드 갭 PO₄ 2.45 eV이고 E _CB 및 E _VB 전위는 각각 약 0.45 eV 및 2.9 eV(vs. NHE)[18]입니다. Scheme 1과 같이 가시광선 조사에서 Ag₃ PO₄ 밴드 갭보다 큰 에너지를 가진 광자에 의해 자극되어 광 생성된 전자-정공 쌍을 생성합니다. Ag₃의 가전자대에 남아 있는 구멍 PO₄ TiO₂의 가전자대로 이동 TiO₂ 표면에 흡착되는 RhB 산화 및 분해 과정에 직접 참여 . 동시에, 광 생성된 구멍의 이동 중에 H₂ O 및 OH⁻ 복합 표면에 흡착된 물질은 산화되어 ·OH를 형성할 수 있으며, 고도로 산화되는 ·OH는 오염 물질을 더욱 산화 및 분해할 수 있습니다. 이것은 주로 Ag₃의 가전자대에 있는 정공 에너지 때문입니다. PO₄ OH^- 의 반응 위치 에너지보다 높은 2.9 eV입니다. /OH(E(OH^- /OH) =1.99 eV(vs. NHE)). 그러나 Ag₃의 전도 가능성은 PO₄ 는 0.45 eV, 광발생 전자의 에너지는 0.45 eV, 단일 전자 산소의 활성화 에너지는 E(O₂ /O·− 2) =0.13 eV(vs. NHE). Ag₃의 광생성 전자 PO₄ 전도대는 용존 산소에 의해 포착되지 않습니다. Ag₃에 광발생 전자 축적 PO₄ 전도성 밴드, Ag₃의 광촉매 부식으로 인해 소량의 Ag 나노 입자가 형성되었습니다. PO₄ 광촉매. 형성된 Ag 나노입자는 또한 광에너지에 의해 자극되어 광생성된 전자-정공 쌍을 형성할 수 있다. 그런 다음 전자는 TiO₂의 전도대로 이동했습니다. , Ag 나노입자에 남겨진 정공은 Ag₃의 전도대에서 생성된 광생성 전자와 합성될 수 있습니다. PO₄ , 따라서 Ag₃의 추가 부식 방지 PO₄ 광촉매. TiO₂의 금지 대역으로 인해 3.1 eV이고 가시광선 아래에서 여기될 수 없고 E _CB 및 E _VB ca입니다. − 0.24 eV 및 2.86 eV(vs. NHE). TiO₂에 주입된 전자 전도대는 TiO₂에 흡착된 산소를 포획하여 오염 물질을 분해할 수 있습니다. 표면. 이것은 주로 E _CB =− 0.24 eV(vs. NHE)는 E(O₂보다 더 음수임) /O·- 2) =0.13 eV(vs. NHE). 결과는 트래핑 실험에 따른 것입니다. 주요 요인은 구멍입니다(h⁺ ) 및 슈퍼옥사이드 음이온(O·-2), 하이드록실 라디칼(·OH)은 부분적으로 분해를 담당합니다.

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TiO₂의 광촉매 메커니즘의 개략도 /Ag₃ PO₄

위의 논의를 바탕으로 TiO₂의 분해 반응 /Ag₃ PO₄ 는 다음과 같은 화학식으로 표현됩니다.

광전자 정공 쌍의 생성:

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

광생성 정공 전자쌍의 이동 및 변형:

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

오염물질 분해:

$$ \mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2\left({\mathrm{h}}^{+}\right)+\mathrm{RhB}\to \mathrm{열화}\ \mathrm{제품 }+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O} $$$$ {\mathrm{O}}_2^{\cdotp -}+\mathrm{RhB}\to \mathrm{열화}\ \mathrm{제품}+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\ \mathrm{O} $$$$ \mathrm{OH}\cdotp +\mathrm{RhB $ $

결론

요약하면, 합성 Ag₃에 대한 포괄적인 조사 PO₄ /TiO₂ 간단한 2단계 방법으로 제조된 광촉매가 제시됩니다. X선 회절(XRD), 주사 전자 현미경(SEM), 투과 전자 현미경(TEM), 고해상도 투과 전자 현미경(HR-TEM), 에너지 분산 X선 분광법(EDX), X와 같은 보완적인 특성화 도구 -선 광전자 분광법(XPS) 및 UV-vis 확산 반사 분광법(DRS)이 이 연구에서 사용되었습니다. 결과는 복합 Ag₃ PO₄ /TiO₂ 광촉매는 결정성이 높고 형태가 좋습니다. Ag₃의 경우 PO₄ /TiO₂ RhB, TiO₂의 분해 400/Ag₃ PO₄ 가장 높은 광촉매 활성을 나타냅니다. 25분의 반응 후 광촉매 분해율은 거의 100%에 도달했습니다. TiO₂의 반응 속도 상수 400/Ag₃ PO₄ 0.02286 min⁻¹ 입니다. , Ag₃의 두 배입니다. PO₄ TiO₂ 최소값의 6.6배 400. TiO₂ 400/Ag₃ PO₄ 또한 4회 재활용 후에도 우수한 안정성을 나타냅니다. 주요 활성 촉매 종은 정공(h⁺ ) 및 슈퍼옥사이드 음이온(O·- 2)인 반면, 하이드록실 라디칼(·OH)은 트래핑 실험에서 부분적으로 분해를 담당합니다. 또한, Ag₃의 Z-scheme 반응 메커니즘은 PO₄ /TiO₂ RhB 분해 메커니즘을 설명하기 위해 이종 구조가 제안되었습니다. Ag₃에 광생성 전자 축적 PO₄ 전도성 밴드가 Ag₃의 포토에칭을 유발합니다. PO₄ 소량의 Ag 나노 입자를 형성하는 광촉매, 결과적으로 Ag₃에서 광 발생 전자 전달을 가속화합니다. PO₄ 전도대, 따라서 추가 Ag₃ 방지 PO₄ 광촉매 부식.