Verbeterde zichtbare lichtgevoelige fotokatalytische eigenschappen van Ag/BiPbO2Cl-nanobladcomposieten

Resultaten en discussie

Fotokatalytische activiteit van de BiPbO₂ Cl en Ag/BiPbO₂ Cl-composieten zijn geëvalueerd met degradatie van MO onder verlichting van zichtbaar licht (>-420 nm). De concentratie van de MO-vloeistof wordt gekenmerkt door de relatieve absorptiesterkte bij 464 nm. Afbeelding 1a toont de fotokatalytische activiteit van zichtbaar licht van de BiPbO₂ Cl en Ag/BiPbO₂ Cl composieten. Voorafgaand aan de afbraak werd de MO-oplossing die de fotokatalysator bevatte gedurende 1 uur in de donkere omgeving geroerd om het adsorptie-evenwicht te bereiken. Uit figuur 1a kan worden geconcludeerd dat de fotokatalytische efficiëntie van de BiPbO₂ Cl-composieten nemen toe met de toename van het Ag-gehalte en bereiken een maximum wanneer het Ag-gehalte 0,5 gew.% is. Dit kan te wijten zijn aan de absorptie van foto-gegenereerde elektronen door Ag, wat resulteert in een afname van de foto-gegenereerde elektron-gat-recombinatiesnelheid, waardoor de fotokatalytische activiteit ervan toeneemt. Naarmate het Ag-gehalte verder toeneemt, neemt de fotokatalytische efficiëntie ervan af. Wanneer het gehalte aan Ag verder toeneemt, neemt het gehalte aan BiPbO₂ Cl neemt dienovereenkomstig af, wat resulteert in een afname van het aantal foto-gegenereerde dragers en dus als de fotokatalytische activiteit. Figuur 1b toont de fotokatalytische reactiekinetiek van de BiPbO₂ Cl en Ag/BiPbO₂ Cl composieten. Uit figuur 1b kunnen we afleiden dat de afbraaksnelheid van MO over Ag/BiPbO₂ Cl-composieten (0,0158 min ⁻¹ ) is ongeveer 3,6 keer die van de BiPbO₂ Cl (0,0044 min ⁻¹ ).

een Fotokatalytische afbraak van MO met BiPbO₂ Cl en Ag/BiPbO₂ Cl composieten. b Kinetiek van MO-ontkleuring in oplossingen

Om de morfologie en microstructuur te bestuderen, werden SEM, TEM en XRD gebruikt voor het bestuderen van de BiPbO₂ Cl en Ag/BiPbO₂ Cl composieten. Uit Fig. 2a kan men zien dat BiPbO₂ Cl wordt weergegeven als nanosheets, met een dikte van ongeveer 12 nm. Afbeelding 2b toont de SEM-morfologie van 0,5 gew.% Ag/BiPbO₂ Cl composieten; de zilveren nanodeeltjes zijn willekeurig verdeeld over het oppervlak van de nanosheet BiPbO₂ kl. De diameter van Ag-deeltjes is ongeveer 10 nm. De HRTEM-afbeeldingen (Fig. 2c) onthullen ook het bestaan ​​van Ag. Het bestaan ​​van Ag wordt verder bewezen door XPS. Afbeelding 2d toont de XRD van BiPbO₂ Cl en 0,5 gew.% Ag/BiPbO₂ Cl composieten. Vergeleken met het XRD-patroon van de BiPbO₂ Cl, het patroon van Ag/BiPbO₂ Cl-composieten hebben geen duidelijke veranderingen, die het gevolg kunnen zijn van de lage hoeveelheid Ag. De samenstellingsanalyse wordt gemeten door EDS (Fig. 3). Bi-, Pb-, O-, Cl- en Ag-elementen worden in het monster waargenomen. Bovendien geven de EDS-elementtoewijzingen aan dat het Ag-element gelijkmatig is verdeeld over Ag/BiPbO₂ Cl composieten.

De SEM van BiPbO₂ Cl (a ) en 0,5 gew.% Ag/BiPbO₂ Cl composieten (b ). c TEM-beeld met hoge resolutie van de 0,5 gew.% Ag/BiPbO₂ Cl composieten. d XRD van monsters

EDS-toewijzing van element van Ag/BiPbO₂ Cl composieten

Om de chemische oppervlaktetoestand van het monster te bestuderen, werd de XPS-analyse toegepast voor het bestuderen van de Ag/BiPbO₂ Cl composieten. Zoals weergegeven in figuur 4a, kon de aanwezigheid van Bi, Pb, O, Cl en Ag worden waargenomen in het XPS-spectrum. Zoals weergegeven in Fig. 4b, zijn de pieken van Bi 4f_7/2 en Bi 4f_5/2 bevinden zich op respectievelijk 159,1 en 164,5 eV, wat consistent is met het kenmerk van Bi ³⁺ [19, 20]. De pieken van Pb 4f_7/2 en Pb 4f_5/2 bevinden zich op 137,9 en 142,8 eV (Fig. 4c), wat overeenkomt met de karakteristiek van Pb ²⁺ [21]. De piek van O 1s ligt op 529,8 eV, wat hoort bij O ²⁻ van de Bi-O-binding (figuur 4d). Zoals weergegeven in figuur 4e, liggen twee pieken van Cl 2p bij 197,8 en 199,4 eV, wat consistent is met de karakteristiek van Cl ¹⁻ [22]. Zoals weergegeven in figuur 4f, worden twee pieken van 368,1 en 374,3 eV waargenomen, wat overeenkomt met Ag 3d_3/2 en Ag 3d_5/2 , respectievelijk. Volgens de resultaten gerapporteerd door Zhang et al. [23], de pieken bij 368,6 en 374,6 eV kunnen worden toegeschreven aan Ag ⁰ .

De XPS-spectra van Ag/BiPbO₂ Cl composieten. een Enquête, b Bi 4f, c Pb 4f, d O 1s, e Cl 2p en f Ag 3d

Vergeleken met de gele BiPbO₂ Cl nanosheets, de kleur van de Ag/BiPbO₂ Cl-composieten worden donkerder naarmate het Ag-gehalte toeneemt. De UV-vis absorptiespectra van BiPbO₂ Cl en Ag/BiPbO₂ Cl-composieten worden getoond in Fig. 5a. De sterke absorptie onder een golflengte van 600 nm hangt samen met de optische band gap van BiPbO₂ kl. Na het laden van Ag op het oppervlak van BiPbO₂ Cl, de absorptie in het bereik van 450-800 nm is hoger dan die van pure BiPbO₂ Cl, wat te wijten is aan de absorptiekarakteristiek van oppervlakteplasmon veroorzaakt door de composiet van Ag en BiPbO₂ Kl [24]. Dientengevolge, na het laden van Ag op het oppervlak van BiPbO₂ Cl, het responsbereik voor zichtbaar licht van BiPbO₂ Cl wordt verhoogd. De bandgap berekend uit Fig. 5a wordt getoond in Fig. 5b. Na compounding met Ag, de band gap van BiPbO₂ Cl neemt af van 2,05 naar 1,68 eV. Bovendien zijn de fotoluminescentie-emissiespectra van BiPbO₂ Cl en Ag/BiPbO₂ Cl-composieten worden uitgevoerd om de recombinatiesnelheid van door foto gegenereerde elektronen en gaten weer te geven. Zoals getoond in Fig. 5c, neemt de PL-intensiteit drastisch af na het laden van Ag op het oppervlak van BiPbO₂ Cl, dat wordt toegeschreven aan de snelle overdracht van door foto gegenereerde elektronen van BiPbO₂ Cl tot Ag, wat leidt tot een verlaging van de recombinatiesnelheid van door foto gegenereerde elektronen en gaten [25].

De UV-vis absorptiespectra (a ) en fotoluminescentie-emissiespectra (b ) van BiPbO₂ Cl en 0,5 gew.% Ag/BiPbO₂ Cl composieten (c )

Het principe van hoge fotokatalytische activiteit voor Ag/BiPbO₂ Cl composieten is als volgt. Allereerst wordt het responsbereik voor zichtbaar licht vergroot door de samenstelling van Ag en BiPbO₂ kl. Ten tweede, het laden van Ag op het oppervlak van BiPbO₂ Cl zou het innerlijke elektromagnetische veld kunnen genereren. Wanneer de BiPbO₂ Cl halfgeleideroppervlak is in contact met Ag, herverdeling van dragers wordt gerealiseerd. Aangezien het Fermi-niveau van Ag lager is dan dat van BiPbO₂ Cl [26], de foto-aangeslagen elektronen worden overgedragen van de BiPbO₂ Cl tot Ag-deeltjes totdat hun Fermi-niveau hetzelfde is, waardoor het ingebouwde veld wordt gevormd, zoals weergegeven in figuur 6b. Het door de foto gegenereerde elektron wordt snel overgedragen van BiPbO₂ Cl tot Ag met behulp van het innerlijke elektromagnetische veld en uitstekende geleidbaarheid van Ag. Ten derde, zoals weergegeven in Fig. 6a, worden de elektronen gegenereerd door BiPbO₂ Cl zal de moleculaire O₂ . verminderen om de O₂ . te vormen • actieve soorten [27]. Aan de andere kant blijven de door foto gegenereerde gaten op het oppervlak van BiPbO₂ kl. En dan zullen deze gaten de watermoleculen op het oppervlak van BiPbO₂ . transformeren Cl in OH•-actieve soorten. Onder invloed van deze actieve soorten O₂ • en OH•, de MO-moleculen worden afgebroken tot CO₂ en H₂ O. Deze resultaten geven aan dat de belading van Ag op het oppervlak van BiPbO₂ Cl zou een hoge fotokatalytische activiteit van zichtbaar licht kunnen produceren.

een Mechanistische illustratie van Ag/BiPbO₂ Cl-composieten voor fotokatalytische activiteit. b Bandstructuur op het grensvlak van Ag en BiPbO₂ kl. De gegevens die worden gebruikt voor BiPbO₂ Cl zijn van referentie [26]