Plasmonic effect and bandgap tailoring of Ag/Ag2S doped on ZnO nanocomposites for enhanced visible-light photocatalysis

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作者
Emmanuel O. Ichipi,Shepherd M. Tichapondwa,Evans M. N. Chirwa
出处
期刊:Advanced Powder Technology [Elsevier]
卷期号:33 (6): 103596-103596 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.apt.2022.103596
摘要

Ag/Ag2S-ZnO nanocomposites were prepared via a simple hydrothermal process followed by a plasmonic Ag+ reduction through a photo-deposition method. Ag2S was introduced to narrow the overall composite bandgap and activate the surface plasmon resonance (SPR) effect of the Ag+ cation present. The physicochemical properties of the as-synthesised catalysts were characterised by X-ray diffraction (XRD), scanning and transmission electron microscopies (SEM and TEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Ultraviolet diffuse reflectance spectroscopy (UV–vis DRS), photoluminescence emission spectra (PL) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was conducted to investigate the photo-absorption and emission spectra of the nanocomposites. The degradation efficiency of all the synthesised catalysts (ZnO, Ag2S, Ag/ZnO and Ag2S/ZnO) prior to the final product, Ag/Ag2S/ZnO was tested and compared. Results showed that the ternary Ag/Ag2S/ZnO achieved a 98 % phenol removal compared to 50 %, 11 %, 64 % and 93 % for ZnO, Ag2S, Ag/ZnO and binary Ag2S/ZnO, respectively. The degradation kinetics followed the Langmuir-Hinshelwood model, which typically describes heterogeneous photocatalytic surface reactions. The linear fits had R2 values higher than 0.97, which confirms the degree of accuracy or statistical fitness to the kinetic model. Degradation scavenger test confirmed the holes (h+) as the main inhibitor and identified the superoxide O2•¯ radical as the main active specie responsible for the degradation. Total organic carbon analysis using the ternary Ag/Ag2S-ZnO catalyst only achieved a 74% phenol mineralization after 24 h of photocatalysis. Recyclability tests showed good phenol removal stability of Ag/Ag2S-ZnO at 41 % after five recycle runs. Hence, a synergistic degradation mechanism responsible for the efficient photo-degradation performance was proposed.
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