synergetische effecten van Ag-nanodeeltjes/BiV1-xMoxO4 met verbeterde fotokatalytische activiteit

Abstract

In de afgelopen jaren heeft BiVO₄ heeft veel aandacht getrokken als nieuwe fotokatalysator vanwege zijn uitstekende vermogen om zichtbaar licht te absorberen. Dit werk rapporteert de ontwikkeling van Ag-gemodificeerde BiV_1-x Ma_x O₄ composieten door middel van een gemakkelijke hydrothermische synthese met de daaropvolgende foto-geïnduceerde reductie van Ag⁺ bij bijna neutrale pH-omstandigheden. Metallic Ag-nanodeeltjes werden afgezet op het (040) facet van Mo-gedoteerde BiVO₄ poeders. De kristalstructuur en morfologie van de voorbereide monsters werden bestudeerd met XRD- en SEM-analyses. Bovendien zijn de fotokatalytische prestaties van BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , en Ag-gemodificeerde BiV_1-x Ma_x O₄ werden geëvalueerd door de afbraak van rhodamine B (RhB). De Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ composiet vertoonde de meest efficiënte fotokatalytische prestaties. Het huidige werk geeft meer inzicht in de toepassing van BiVO₄ op het gebied van fotokatalyse.

Achtergrond

Gezien de toenemende milieuvervuiling en energiecrises, is de ontwikkeling van efficiënte en veelbelovende oplossingen om energietekorten te verminderen en het milieu te beschermen van het grootste belang [1, 2]. Op fotokatalysatoren gebaseerde halfgeleiders, zoals Bi₂ WO₆ [3, 4], BiPO₄ [5, 6], Ag₃ PO₄ [7, 8] en BiVO₄ [9,10,11,12,13], hebben veel aandacht getrokken vanwege hun toepassingen bij de afbraak van organische verontreinigende stoffen of waterstofproductie door watersplitsing. Desalniettemin hebben de meeste bestaande oxide-fotokatalysatoren een zeer lage lichtrespons-efficiëntie, voornamelijk omdat ze alleen reageren op ultraviolet licht vanwege hun smalle bandafstand [14,15,16]. Bovendien kunnen de foto-geïnduceerde elektronen gemakkelijk recombineren met gaten, wat leidt tot lagere optische prestaties [17, 18].

Vanwege de zichtbare fotokatalytische activiteit, brede bandgap van 2,42 eV, hoge stabiliteit en niet-toxiciteit, bismutvanadaat (BiVO₄ ) is een veelbelovende n-type halfgeleider fotokatalysator [19,20,21]. De resulterende drageroverdrachtsefficiëntie is echter relatief slecht, wat leidt tot de recombinatie van fotogegenereerde elektronen en gaten, wat de fotokatalytische prestaties van BiVO₄ ernstig beperkt. . Verschillende onderzoeken hebben BiVO₄ . beoordeeld modificaties [20, 22,23,24] en substitutie of metaaldoping op BiVO₄ is aangetoond als de meest efficiënte methode om de vervoersefficiëntie van de vervoerder te veranderen. Doping van metalen elementen introduceert nieuwe defecten of ladingen in het kristalrooster [25], waardoor de beweging van elektronen en het ontstaan van gaten onder bestraling met licht worden beïnvloed [26, 27]. Aanpassingen aan de distributiestatus of veranderingen in de bandstructuren kunnen leiden tot veranderingen in de activiteit van halfgeleiders [28]. Thalluri et al. [29] introduceerde zeswaardig molybdeen (Mo) met een bijna neutrale pH om V te vervangen met behoud van de atomaire verhouding van fBiVO₄ , wat leidt tot de vorming van een goede kristalstructuur en aanzienlijke fotokatalytische activiteit voor wateroxidatie. Mo heeft een hogere valentie dan V en versterkt daarom de n-type eigenschappen van het materiaal [30]. Bovendien is de fotokatalytische activiteit van BiVO₄ is sterk afhankelijk van de verschillende kristalfacetten. Recente studies over de depositie van edele metalen, zoals Ag, Cu en Au, op de verschillende facetten van BiVO₄ hebben goede fotokatalytische activiteit aangetoond [31,32,33]. Li et al. [34] produceerde een Ag/BiVO₄ composiet door de hydrothermische synthese en fotoreductie van Ag afgezet op de (040) kristalfacetten van BiVO₄ , wat leidt tot verbeterde foto-elektrochemische prestaties, zoals blijkt uit de snelle scheiding van de elektron-gatparen.

In de huidige studie bouwen we voort op de gemakkelijke hydrothermische synthesebenadering van Li et al. [29] om BiV_0,9925 . te verkrijgen Ma_0,0075 O₄ in zwak alkalische omstandigheden, gekoppeld aan fotoreductie-afzetting van Ag-nanodeeltjes op de (040) facetten van de als geproduceerde substraatmaterialen. Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ samengestelde fotokatalysatoren werden met succes gesynthetiseerd en vertoonden verbeterde fotokatalytische afbraak van rhodamine B (RhB) onder bestraling met xenonlamp (λ> 420 nm) vergeleken met de niet-samengestelde Ag-gedeponeerde of Mo-gedoteerde BiVO₄ materialen. Hierin rapporteren we de voorbereiding, karakterisering en fotokatalytische activiteit van BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Ma_x O₄ , en Ag/BiV_1-x Ma_x O₄ composieten.

Experimenteel

Synthese van BiVO₄ en BiV_1-x Ma_x O₄ Poeders

Bismutnitraatpentahydraat (Bi(NO₃ .) )₃ ·5H₂ O, analytische kwaliteit), ammoniummetavanadaat (NH₄ VO₃ , analytische kwaliteit), ammoniumcarbonaat en ammoniummolybdaat ((NH₄ )₂ MoO₄ ) werden verkregen van Sigma-Aldrich en gebruikt zoals ontvangen, zonder enige verdere zuivering. Alle andere chemicaliën die in de experimenten werden gebruikt, waren ook van analytische kwaliteit en voor de bereiding van de oplossingen werd gedeïoniseerd water gebruikt. In een typisch proces wordt 3,7 mmol Bi(NO₃ )₃ ·5H₂ O, 3,7 mmol NH₄ VO₃ , en 12 mmol van (NH₄ )₂ CO₃ werden opgelost in 75 ml 1 M HNO₃ en ongeveer 30 min bij kamertemperatuur geroerd totdat een heldere oplossing werd verkregen. De pH van het mengsel werd met NaOH (2 M) op pH 8 gebracht. Het mengsel werd overgebracht in een met teflon beklede roestvrijstalen autoclaaf van 150 ml en gedurende 12 uur onder autogene druk in een oven op 180 °C verwarmd. Het neerslag werd gefilterd en driemaal gewassen met gedestilleerd water gevolgd door ethanol en 12 uur gedroogd bij 60 °C in een droogoven.

De gedoteerde monsters werden bereid door het equivalentgewicht van NH₄ . te vervangen VO₃ met verschillende hoeveelheden Mo. Mo-precursoren werden geïntroduceerd zodat een nominale atoomsubstitutie van 0,5, 0,75 en 1% van V werd bereikt.

Voorbereiding van Ag/BiVO₄ en Ag/BiV_1-x Ma_x O₄ Voorbeelden

BiVO₄ (0,50 g) en AgNO₃ (0,05 g) toegevoegd aan een (NH₄ )₂ C₂ O₄ (0,8 g L⁻¹ , 100 ml) waterige oplossing in een bekerglas van 250 ml in een ultrasoonbad totdat een gelijkmatig gedispergeerde oplossing was gevormd. Het resulterende gele mengsel werd vervolgens 30 minuten onder magnetisch roeren bestraald met een xenonlamp. De kleur van het systeem veranderde van levendig geel in grijsachtig groen, wat wijst op de vorming van metallisch Ag in het reactiesysteem. De resulterende monsters werden vervolgens gefilterd, gewassen met DI-water en 12 uur gedroogd bij 60°C om de Ag/BiVO₄ te verkrijgen. en Ag/BiV_1-x Ma_x O₄ composieten.

Fotokatalytische activiteit

Beoordeling van de fotokatalytische activiteit werd uitgevoerd met behulp van de afbraaksnelheid van RhB. Het experimentele systeem voor fotodegradatie was gekalibreerd bij een UV-afsnijgolflengte van minder dan 420 nm, en de bestralingshoogte van de Xenon-lamp was dicht bij de hoogte van het bekerglas van 250 ml. In een typische procedure was de bereide fotokatalysator (0,1 g) goed gedispergeerd in een waterige RhB-oplossing (150 ml, 10 mg L⁻¹ ) onder ultrasone trillingen in een glazen reactor uitgerust met een koelwatercirculator om een reactiesysteemtemperatuur van kamertemperatuur te handhaven. De suspensie werd 30 minuten in het donker geroerd om het adsorptie-desorptie-evenwicht te bereiken en werd vervolgens 2 uur bestraald met een xenonlamp (300 W) onder continu roeren. Elke 30 minuten werd een aliquot van 5 ml van de suspensie genomen en gecentrifugeerd. Het absorptiespectrum van het verkregen vloeibare supernatant werd gemeten met betrekking tot de absorptie-intensiteit van RhB bij 552 nm.

Karakterisatietechnieken

De morfologieën van de pure BiVO₄ en de gedecoreerde composieten werden onderzocht met veldemissie-scanning-elektronenmicroscopie (FESEM, S4800) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM; JEM-2100F, JEOL). Elementanalyse werd uitgevoerd door röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS; VGESCA-LAB MKII) met een niet-monochromatische Mg Ka-röntgenbron. De kristallijne fase van de monsters werd bepaald door röntgendiffractie (XRD; Bruker D8) met Cu Ka-straling. Inductief gekoppeld plasma (ICP) werd gebruikt om de elementaire samenstelling van de monsters te analyseren. Bovendien werden UV-vis diffuse reflectiespectrummetingen uitgevoerd met behulp van een Shimadzu-spectrofotometer (UV-2450) om de bandgap-energie van BiVO₄ te evalueren , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Ma_x O₄ , en Ag/BiV_1-x Ma_x O₄ over een golflengtebereik van 360-800 nm.

Resultaten en discussie

De kristallografische structuur en fase van de bereide composieten werden gekarakteriseerd door XRD-analyse (figuur 1a). De scherpe diffractiepieken die werden waargenomen in de voorbereide BiVO4 werden toegewezen aan de conventionele BiVO₄ fase aangezien ze goed overeenkwamen met de standaard (JCPDS) kaart nr. 14-0688. Volgens de pieksplitsing waargenomen bij 18,7° en 30,5°, die de (110) en (040) facetten aangeven, is de voorbereide BiVO₄ materiaal bezat een enkele monokliene scheelietstructuur. Een diffractiepiek bij 38,1 ° werd waargenomen in de Ag-gerelateerde fotokatalysatoren (Fig. 1a) die overeenkomt met de (111) kristalfase van metallisch Ag (JCPDS-bestand:65-2871). Dit geeft aan dat de fotoreductie van Ag⁺ Er zijn inderdaad ionen opgetreden, wat heeft geleid tot de afzetting van Ag-nanodeeltjes op de BiVO₄ en BiV_1-x Ma_x O₄ oppervlakken. Niettemin waren de XRD-pieken vanwege het lage relatieve Ag-gehalte niet intens.

een XRD-patronen van pure BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Ma_x O₄ , en Ag/BiV_1-x Ma_x O₄ . b De overeenkomstige EDX-analyse van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄

Zoals weergegeven in figuur 2a, bevestigde EDS de aanwezigheid van de Ag-soort, wat overeenkomt met de XRD-resultaten. De elementen Bi (Fig. 2b), O (Fig. 2c), V (Fig. 2d), Mo (Fig. 2e) en Ag (Fig. 2f) zijn allemaal gelijkmatig verdeeld in de Ag/BiV_{1 -x} Ma_x O₄ composieten, en de resultaten bevestigen het bestaan van Mo en Ag. De relatieve hoeveelheden Mo bleken de kristalstructuur of fase niet te beïnvloeden. De Mo-substitutieratio werd beoordeeld door ICP (tabel 1); het praktische Mo-atoomgehalte werd berekend op 0,16% in Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ . Er werd waargenomen dat, hoewel het nominale doteringsgehalte dat met de voorlopers werd geïntroduceerd 0,75% was, de uiteindelijke resulterende hoeveelheid Mo in de gedoteerde materialen altijd lager was dan verwacht. Soortgelijke resultaten zijn ook gevonden in eerder onderzoek en het is mogelijk dat intrinsieke verliezen en de verdamping van het Mo doteermiddel optreden tijdens de hydrothermische syntheseprocessen [35, 36].

een –d De overeenkomstige elementaire mapping-analyse van Bi, V, Ag en Mo in Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ , respectievelijk

De morfologie van de bereide zuivere BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , en Ag/BiV_1-x Ma_x O₄ werden onderzocht door SEM (Fig. 3). Pure BiVO₄ toonde een plaklaagmorfologie met verschillende clusters (Fig. 3a, b). Voor Ag/BiVO₄ , werd waargenomen dat metallisch Ag goed gedispergeerd was op het (040) kristalfacet (figuur 3c), wat overeenkomt met de XRD-analyse. De beelden van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ composiet met verschillende vergrotingen werden getoond in Fig. 3e, d. Uniform gevormde metalen Ag-nanodeeltjes werden duidelijk waargenomen op het oppervlak van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ (Fig. 3d) waarschijnlijk vanwege de hoge blootstelling van het (040)-oppervlak. Van dit kristalfacet is aangetoond dat het een goede mobiliteit van ladingsdragers heeft [37]. De waargenomen morfologie zou dus gunstig moeten zijn voor de fotokatalytische prestaties van het gesynthetiseerde gedoteerde BiVO₄ poeders. De kant-en-klare BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , en Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ monsters werden verder waargenomen door TEM (figuur 4a). Interplanaire afstanden van 0,475 nm werden duidelijk waargenomen in figuur 4b, wat overeenkomt met het (110) kristallografische facet van BiVO₄ (JCPDS-kaart nr. 14-0688). De kristalroosterrand bij 0,226 nm behoorde tot het (111) vlak van metalen Ag-nanodeeltjes in de Ag/BiVO₄ en Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ monsters (Fig. 4d, f). Op basis van de bovenstaande analyses werd metaal Ag met succes afgezet op de BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ oppervlak, wat leidt tot een goede verbinding tussen Ag en de Mo-gedoteerde BiVO₄ en het bevorderen van een effectieve scheiding van elektronen en gaten in het composietsysteem.

SEM-afbeeldingen. een , b Beelden met lage en hoge vergroting van pure BiVO. c , d Afbeeldingen met lage en hoge vergroting van de Ag/BiVO₄ composiet. e , v Afbeeldingen met lage en hoge vergroting van de Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄

TEM-afbeeldingen van a pure BiVO₄ , c Ag/BiVO₄ , en e Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ en b , d , en f sterk vergrotende afbeeldingen van a , c , en e , respectievelijk

XPS-analyse van de voorbereide monsters bevestigde de aanwezigheid van Bi, V, O, Ag en Mo (figuur 5a). De bindingsenergieën van Bi 4f waren 158,94 en 164,27 eV, wat overeenkomt met Bi 4f^7/2 en 4f^5/2 , respectievelijk bevestigen van de Bi³⁺ pieken in BiVO₄ (Fig. 5b). Een typisch O 1s-spectrum werd waargenomen, zoals aangegeven door de belangrijkste karakteristieke piek bij 529,71 eV (Fig. 5c). De V 2p^3/2 en 2p^1/2 pieken waargenomen bij respectievelijk 516,5 en 524,1 eV wezen op het bestaan van V⁵⁺ (Fig. 5d). De Ag 3d piekt op 367,98 en 374,0 eV, wat overeenkomt met Ag 3d^5/2 en 3d^3/2 (Fig. 5e) werden respectievelijk waargenomen in zowel Ag/BiVO₄ en Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ , wat het bestaan van de metaalachtige Ag-soort bevestigt. Bovendien was de molverhouding van metallische Ag-soorten goed voor 6,6% van alle elementen, zoals bepaald door XPS en in overeenstemming met de ICP-metingen (tabel 1). Eindelijk, de Mo 3d^5/2 en 3d^3/2 pieken bij respectievelijk 231,7 en 234,9 eV (Fig. 5f) bevestigen de aanwezigheid van Mo⁶⁺ .

XPS-spectra van de voorbereide fotokatalysator. een Het XPS-spectrum van de enquête, b Bi 4f, c O 1s, d V 2p, e Ag 3d en f Mo 3d-pieken gerelateerd aan de fotokatalysator

UV-vis diffuse reflectiespectrummetingen werden uitgevoerd om de optische bandgap en absorptie-eigenschappen van de fotokatalysatoren te evalueren, zoals weergegeven in figuur 5. De fotokatalytische activiteit van een halfgeleider is grotendeels afhankelijk van de grootte van de bandgap; hoe smaller de bandgap is, des te groter is de verschuiving van de absorptiegolflengte naar langere golflengten. De bandgap van de voorbereide BiVO₄ was ongeveer 2,3 eV (Fig. 6b), wat overeenkomt met de Kubelka-Munk bandgap schattingstheorie [38]. Vergeleken met BiVO₄ , alle Mo-gedoteerde monsters vertoonden relatief smalle bandafstanden (figuur 6b). Verder zijn alle door Ag gedeponeerde BiVO₄ en BiV_1-x Ma_x O₄ fotokatalysatoren vertoonden een sterke absorptie in het zichtbare lichtbereik in figuur 6a. De Ag/BiVO₄ fotokatalysator vertoonde de beste lichtabsorptie. De absorptie van zoals bereid Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ lag tussen die van BiVO₄ en Ag/BiVO₄ , wat aangeeft dat de introductie van Mo de fotoresponsieve kenmerken van Ag belemmerde. Het is echter de moeite waard erop te wijzen dat, naast fotoabsorptie, ook andere kenmerken de fotokatalytische efficiëntie van fotokatalysatoren aanzienlijk kunnen beïnvloeden.

De fotofysische eigenschappen van de bereide materialen. een UV-vis diffuse reflectiespectra van de BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Ma_x O₄ , en Ag /BiV_1-x Ma_x O₄ . b Evaluatie van de energiebandgap van de overeenkomstige materialen

Fotoluminescentie (PL) spectra werden genomen om de scheidingsefficiëntie van de door foto gegenereerde elektron-gat-paren te onderzoeken. De PL-spectra van pure BiVO₄ , BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ , Ag/BiVO₄ , en Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ composieten, met een excitatiegolflengte van 310 nm, worden getoond in Fig. 7. BiVO₄ en BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ tonen een prominente emissieband gecentreerd op ongeveer 510 nm. De volgorde van de intensiteit van de PL-spectra was BiVO₄> BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄> Ag/BiVO₄> Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ . Omdat een lagere PL-intensiteit een hogere scheidingsefficiëntie aangeeft, zou dit leiden tot een hogere fotokatalytische activiteit in het totale systeem. Bijgevolg is de hogere fotokatalytische prestatie van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ stemt in met de PL-meting.

Fotoluminescentiespectra van ongerepte BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ , en Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ composieten

De fotokatalytische ontledingsresultaten, volgens de afbraak van RhB onder zichtbaar licht (λ> 420 nm), bevestigde dat Ag of Mo alleen weinig effect hadden op de katalytische activiteit van BiVO₄ onder lichte bestraling gedurende 2 uur (Fig. 8). Omgekeerd, de afzetting van Ag op Mo-gedoteerde BiVO₄ vertoonde effectieve fotokatalytische activiteit, met de variatie van het Mo-gehalte, wat een verschil in fotokatalytische activiteit liet zien. Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ vertoonde een uiterst efficiënte degradatie van RhB onder bestraling met zichtbaar licht met volledige verkleuring na 2 uur, terwijl slechts 7, 8 en 10% degradatie werd bereikt via BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , en BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ , respectievelijk. Zo heeft Mo-gedoteerde Ag-gedeponeerde BiVO₄ was in staat om de ladingsrecombinatie te onderdrukken en de efficiëntie van het fotokatalytische proces aanzienlijk te verbeteren.

Fotokatalytische afbraak van RhB door BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , BiV_1-x Ma_x O₄ , en Ag/BiV_1-x Ma_x O₄ fotokatalysatoren

De stabiliteit en herbruikbaarheid van fotokatalysatoren zijn erg belangrijk voor hun praktische toepassing. Daarom hebben we de herhaalde cycli van Ag/BiV_0,9925 . beoordeeld Ma_0,0075 O₄ in de fotokatalytische afbraak van RhB gedurende 2 uur onder bestraling met zichtbaar licht. Over het algemeen was 99% van de RhB-oplossing afgebroken na vijf cycli (Fig. 9), wat aangeeft dat het monster een goede fotokatalytische stabiliteit vertoonde.

Vijf cycli van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ voor de fotodegradatie van RhB onder bestraling met zichtbaar licht

Om de scheidingsefficiëntie verder te beoordelen, zijn de levensduur van de ladingsdragers van pure BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , en Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ werden ook geanalyseerd (Fig. 10). De vervalcurven voor de voorbereide fotokatalysatoren passen goed bij een dubbel-exponentiële functie. De levensduur van de ladingsdragerverval van BiVO₄ , Ag/BiVO₄ , en Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ composieten waren respectievelijk 1.2304, 1.8220 en 2.0933 ns. Zo hadden de Ag-afgezette monsters, zowel met als zonder Mo-doping, een veel langere levensduur van de ladingsdrager dan pure BiVO₄ , waardoor een effectieve scheiding van fotodragers wordt bereikt en suggereert dat een synergetisch effect tussen Ag, Mo en BiVO₄ leidde tot verbeteringen van de fotokatalytische activiteit.

Tijdsopgeloste fluorescentievervalcurves op Ns-niveau van zoals voorbereid a BiVO₄ , b Ag/BiVO₄ , en c Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ composiet

Om het onderliggende fotokatalytische mechanisme te onderzoeken, werd RhB-degradatie uitgevoerd onder bestraling met zichtbaar licht [39], waarbij een gat werd toegevoegd (h⁺ ) aaseter (ammoniumoxalaat ((NH₄ )₂ C₂ O₄ )), een superoxideradicaal (•O²⁻ ) scavenger (1,4-benzochinon, BQ) [40], of hydroxylradicaal (•OH) scavengers (tert-Butanol, t-BuOH) [41]. Na de toevoeging van BQ werd geen duidelijke afname waargenomen, maar er werd een versnelling in de afbraaksnelheid gedetecteerd in vergelijking met die van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ (Afb. 11). De snellere afbraaksnelheid kan het gevolg zijn van het SPR-effect van metallisch Ag in Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ , wat de scheidingsefficiëntie van elektronen en gaten zou verbeteren. Toen t-BuOH werd toegevoegd, nam de katalytische efficiëntie echter af van 97,5 tot 78,1%, wat wijst op de aanwezigheid van •OH als de actieve stof. De fotokatalytische activiteit werd drastisch verminderd door de toevoeging van (NH₄ )₂ C₂ O₄ , wat suggereert dat de gaten fungeerden als de belangrijkste actieve soort.

Plots van fotogegenereerde dragervangst in het systeem tijdens de fotodegradatie van RhB door Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄

Om de belangrijkste actieve soorten die in het fotokatalytische proces worden gegenereerd verder te bevestigen, werd elektronenspinresonantie (ESR) gebruikt. Het principe van ESR is om te reageren met vrije radicalen met behulp van een spinvanger om een relatief stabiel adduct van vrije radicalen te genereren. Er werd een piekintensiteit waargenomen onder zichtbaar licht vergeleken met donkere omstandigheden (Fig. 12a), wat het bestaan van •O²⁻ aantoont. . Bovendien suggereerden duidelijke signalen (Fig. 12b) dat •OH werd geproduceerd in het fotokatalytische proces. Concluderend, de radicale trap-experimenten en ESR-analyse onthulden dat het fotokatalytische proces werd bepaald door het gecombineerde effect van h⁺ , •O²⁻ , en •OH actieve soorten.

Elektronen paramagnetische resonantie (ESR) spectra van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ in een DMSO-oplosmiddelen en b water

Volgens de bovenstaande discussie is een mogelijk fotokatalytisch mechanisme van Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ werd geïllustreerd in Fig. 13. De doteringsstof Mo zou de absorptie van zichtbaar licht van de BiVO₄ effectief kunnen verbeteren fotokatalysator. Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ samengestelde fotokatalysatoren werden bestraald onder zichtbaar licht, en de foto-elektronen in de valentieband van BiVO₄ zou effectief naar de geleidingsband kunnen springen om elektron-gatparen te genereren. Het metallische Ag zou de elektronen kunnen opnemen, die vervolgens recombineren met de fotogegenereerde gaten en de overdracht naar het oppervlak van de samengestelde fotokatalysatoren verbeteren, wat resulteert in een verbetering van de scheiding van elektronen en gaten. De elektronen kunnen reageren op de O₂ en transformeer naar •O²⁻ . De gaten van BiV_0.9925 Ma_0,0075 O₄ zou kunnen reageren met het geadsorbeerde H₂ O-moleculen en transformeer naar •OH. Ondertussen, de h⁺ zou effectief kunnen reageren met de RhB, waardoor gedegradeerde producten worden gegenereerd.

Schematisch mechanisme van ladingsoverdracht in de Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ composietsystemen onder bestraling met zichtbaar licht

Conclusies

Hierin wordt een eenvoudige hydrothermische syntheseprocedure bij bijna neutrale pH-omstandigheden en met behulp van ammoniumcarbonaat als het structuurbepalende middel gerapporteerd voor de bereiding van Mo-gedoteerde BiVO₄ poeders. Metallische Ag-nanodeeltjes werden vervolgens afgezet op het (040) kristalfacet van BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ . Zo is met succes een fotokatalytisch systeem geconstrueerd door middel van de reductiereactie. Het is aangetoond dat deze syntheseomstandigheden de toename in de grootte van het (040) kristallografische facet aanzienlijk beïnvloeden, zoals bevestigd door XRD- en STEM-analyses. De XRD gaf aan dat de pieksplitsing die werd waargenomen bij 30,5° een resultaat is van de (040) facetten. Ag-nanodeeltjes die op de (040) facetten zijn afgezet, zijn ook te zien vanuit de STEM. Verder Ag/BiV_0,9925 Ma_0,0075 O₄ toonde een zeer efficiënte fotokatalytische prestatie voor RhB-degradatie onder bestraling met zichtbaar licht. Dit werk zou nieuwe inspiratie kunnen bieden voor het rationele gebruik van BiVO₄ fotokatalysatoren met een hoge fotokatalytische activiteit en hun toepassingen op het gebied van energieproductie en milieubescherming.