Please wait a minute...
Frontiers of Materials Science

ISSN 2095-025X

ISSN 2095-0268(Online)

CN 11-5985/TB

邮发代号 80-974

2019 Impact Factor: 1.747

Frontiers of Materials Science  2017, Vol. 11 Issue (4): 366-374   https://doi.org/10.1007/s11706-017-0404-x
  本期目录
Improved photocatalytic degradation of organic dye using Ag3PO4/MoS2 nanocomposite
Madhulika SHARMA1, Pranab Kishore MOHAPATRA2, Dhirendra BAHADUR1()
1. Department of Metallurgical Engineering and Materials Science, Indian Institute of Technology, Bombay, Powai, Mumbai 400076, India
2. Department of Physics, Indian Institute of Technology, Bombay, Powai Mumbai 400076, India
 全文: PDF(450 KB)   HTML
Abstract

Highly efficient Ag3PO4/MoS2 nanocomposite photocatalyst was synthesized using a wet chemical route with a low weight percentage of highly exfoliated MoS2 (0.1 wt.%) and monodispersed Ag3PO4 nanoparticles (~5.4 nm). The structural and optical properties of the nanocomposite were studied using various characterization techniques, such as XRD, TEM, Raman and absorption spectroscopy. The composite exhibits markedly enhanced photocatalytic activity with a low lamp power (60 W). Using this composite, a high kinetic rate constant (k) value of 0.244 min−1 was found. It was observed that ~97.6% of dye degrade over the surface of nanocomposite catalyst within 15 min of illumination. The improved photocatalytic activity of Ag3PO4/MoS2 nanocomposite is attributed to the efficient interfacial charge separation, which was supported by the PL results. Large surface area of MoS2 nanosheets incorporated with well dispersed Ag3PO4 nanoparticles further increases charge separation, contributing to enhanced degradation efficiency. A possible mechanism for charge separation is also discussed.

Key wordsAg3PO4/MoS2 nanocomposite    methylene blue    degradation efficiency    photocatalysis
收稿日期: 2017-09-06      出版日期: 2017-11-29
Corresponding Author(s): Dhirendra BAHADUR   
 引用本文:   
. [J]. Frontiers of Materials Science, 2017, 11(4): 366-374.
Madhulika SHARMA, Pranab Kishore MOHAPATRA, Dhirendra BAHADUR. Improved photocatalytic degradation of organic dye using Ag3PO4/MoS2 nanocomposite. Front. Mater. Sci., 2017, 11(4): 366-374.
 链接本文:  
https://academic.hep.com.cn/foms/CN/10.1007/s11706-017-0404-x
https://academic.hep.com.cn/foms/CN/Y2017/V11/I4/366
Ref. Photocatalyst MoS 2 content XL/XW k
/min−1
P/W Cs
/mg
C0
/(mg·L−1)
td
/min
δ Ag3 PO4
/nm
This work Ag 3PO4/MoS2 0.1 wt.% 0.244 60 a) 20 20 15 5.4
[ 20] 3D Ag 3PO4/MoS2 15 wt.% 150 0.133 300 b) 25 10 30 30–40
[ 21] Ag 3PO4@MoS2 3.5 wt.% 35 0.139 800 b) 250 2.5 16
[ 22] Ag 3PO4/MoS2 3 wt.% 30 0.142 c) 50 10 30 15000
[ 23] Ag 3PO4/MoS2 0.648 wt.% 6.5 0.065 35 c) 30 20 60 10–20
[ 24] Ag 3PO4/MoS2 0.5 wt.% 5 0.124 300 b) 100 20 8 200–300
[ 25] MoS 2/Ag3PO4 0.1 wt.% 1 0.095 300 b) 75 10 12 30–50
[ 26] Ag 3PO4@MoS2 QD/FL MoS2 nanosheet 6 mL MoS 2 0.269 300 b) 10 16 10.7
[ 27] Fe 3O4@MoS2/Ag3PO4 0.1 g (Fe 3O4 MoS2) 0.192 500 b) 0.2 e) 20 10 30–50
[ 28] Ag 3PO4–0.02(MoS2/0.005 graphene) 2 wt.% [0.02(MoS 2/0.005GR)] 500 b) 20 20 60 500
[ 29] MoS 2/Ag3PO4 1:40 (MoS 2:Ag3PO4) 150 d) 100 20 16 250
Tab.1  
Fig.1  
Fig.2  
Fig.3  
Fig.4  
Fig.5  
Fig.6  
Fig.7  
Fig.8  
1 Fujishima A, Honda  K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature, 1972, 238(5358): 37–38
https://doi.org/10.1038/238037a0 pmid: 12635268
2 Ming H, Ma  Z, Huang H , et al.. Nanoporous TiO2 spheres with narrow pore size distribution and improved visible light photocatalytic abilities. Chemical Communications, 2011, 47(28): 8025–8027
https://doi.org/10.1039/c1cc12557e pmid: 21666934
3 Singh S, Barick  K C, Bahadur  D. Fe3O4 embedded ZnO nanocomposites for the removal of toxic metal ions, organic dyes and bacterial pathogens. Journal of Materials Chemistry A: Materials for Energy and Sustainability, 2013, 1(10): 3325–3333
https://doi.org/10.1039/c2ta01045c
4 Sutanto H, Wibowo  S, Nurhasanah I , et al.. Ag doped ZnO thin films synthesized by spray coating technique for methylene blue photodegradation under UV irradiation. International Journal of Chemical Engineering, 2016: 6195326 (6 pages) doi: 10.1155/2016/6195326
5 Bajaj R, Sharma  M, Bahadur D . Visible light-driven novel nanocomposite (BiVO4/CuCr2O4) for efficient degradation of organic dye. Dalton Transactions, 2013, 42(19): 6736–6744
https://doi.org/10.1039/c2dt32753h pmid: 23385890
6 Yi Z, Ye  J, Kikugawa N , et al.. An orthophosphate semiconductor with photooxidation properties under visible-light irradiation. Nature Materials, 2010, 9(7): 559–564
https://doi.org/10.1038/nmat2780 pmid: 20526323
7 Bi Y, Ouyang  S, Umezawa N , et al.. Facet effect of single-crystalline Ag3PO4 sub-microcrystals on photocatalytic properties. Journal of the American Chemical Society, 2011, 133(17): 6490–6492
https://doi.org/10.1021/ja2002132 pmid: 21486031
8 Dinh C T, Nguyen  T D, Kleitz  F, et al.. Large-scale synthesis of uniform silver orthophosphate colloidal nanocrystals exhibiting high visible light photocatalytic activity. Chemical Communications, 2011, 47(27): 7797–7799
https://doi.org/10.1039/c1cc12014j pmid: 21633747
9 Thiyagarajan S, Singh  S, Bahadur D . Reusable sunlight activated photocatalyst Ag3PO4 and its significant antibacterial activity. Materials Chemistry and Physics, 2016, 173: 385–394
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2016.02.027
10 Yang X F, Cui  H Y, Li  Y, et al.. Fabrication of Ag3PO4‒graphene composites with highly efficient and stable visible light photocatalytic performance. ACS Catalysis, 2013, 3(3): 363–369
https://doi.org/10.1021/cs3008126
11 Yang Z M, Huang  G F, Huang  W Q, et al.. Novel Ag3PO4/CeO2 composite with high efficiency and stability for photocatalytic applications. Journal of Materials Chemistry A: Materials for Energy and Sustainability, 2014, 2(6): 1750–1756
https://doi.org/10.1039/C3TA14286H
12 Li C, Zhang  P, Lv R , et al.. Selective deposition of Ag3PO4 on monoclinic BiVO4(040) for highly efficient photocatalysis. Small, 2013, 9(23): 3951–3956, 3950
https://doi.org/10.1002/smll.201301276 pmid: 23824999
13 Wang P, Huang  B, Dai Y , et al.. Plasmonic photocatalysts: harvesting visible light with noble metal nanoparticles. Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14(28): 9813–9825
https://doi.org/10.1039/c2cp40823f pmid: 22710311
14 Zhu T T, Huang  L Y, Song  Y H, et al.. Modification of Ag3VO4 with graphene-like MoS2 for enhanced visible-light photocatalytic property and stability. New Journal of Chemistry, 2016, 40(3): 2168–2177
https://doi.org/10.1039/C5NJ02094H
15 Hongjian Y, Yong  Y, Jianghao L , et al.. Space-confined growth of Ag3PO4 nanoparticles within WS2 sheets: Ag3PO4/WS2 composites as visible-light-driven photocatalysts for decomposing dyes. Journal of Materials Chemistry A: Materials for Energy and Sustainability, 2015, 3(38): 19439–19444
https://doi.org/10.1039/C5TA04422G
16 Zheng X, Xu  J, Yan K , et al.. Space-confined growth of MoS2 nanosheets within graphite: the layered hybrid of MoS2 and graphene as an active catalyst for hydrogen evolution reaction. Chemistry of Materials, 2014, 26(7): 2344–2353
https://doi.org/10.1021/cm500347r
17 Ge L, Han  C C, Xiao  X L, et al.. Synthesis and characterization of composite visible light active photocatalysts MoS2‒g-C3N4 with enhanced hydrogen evolution activity. International Journal of Hydrogen Energy, 2013, 38(17): 6960–6969
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.04.006
18 Zong X, Yan  H, Wu G , et al.. Enhancement of photocatalytic H2 evolution on CdS by loading MoS2 as cocatalyst under visible light irradiation. Journal of the American Chemical Society, 2008, 130(23): 7176–7177
https://doi.org/10.1021/ja8007825 pmid: 18473462
19 Gao Q, Giordano  C, Antonietti M . Biomimetic oxygen activation by MoS2/Ta3N5 nanocomposites for selective aerobic oxidation. Angewandte Chemie, 2012, 51(47): 11740–11744
https://doi.org/10.1002/anie.201206542 pmid: 23070794
20 Wang L, Chai  Y, Ren J , et al.. Ag3PO4 nanoparticles loaded on 3D flower-like spherical MoS2: a highly efficient hierarchical heterojunction photocatalyst. Dalton Transactions, 2015, 44(33): 14625–14634
https://doi.org/10.1039/C5DT01961C pmid: 26212501
21 Shao N, Wang  J, Wang D , et al.. Preparation of three-dimensional Ag3PO4/TiO2@MoS2 for enhanced visible-light photocatalytic activity and anti-photocorrosion. Applied Catalysis B: Environmental, 2017, 203: 964–978
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.11.008
22 Gyawali G, Lee  S W. Microwave hydrothermal synthesis and characterization of Ag3PO4/MoS2 composite photocatalyst. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2016, 16(11): 11158–11163
https://doi.org/10.1166/jnn.2016.13471
23 Zhu C, Zhang  L, Jiang B , et al.. Fabrication of Z-scheme Ag3PO4/MoS2 composites with enhanced photocatalytic activity and stability for organic pollutant degradation. Applied Surface Science, 2016, 377: 99–108
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.03.143
24 Wang P, Shi  P, Hong Y , et al.. Facile deposition of Ag3PO4 on graphene-like MoS2 nanosheets for highly efficient photocatalysis. Materials Research Bulletin, 2015, 62: 24–29
https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.10.016
25 Song Y, Lei  Y, Xu H , et al.. Synthesis of few-layer MoS2 nanosheet-loaded Ag3PO4 for enhanced photocatalytic activity. Dalton Transactions, 2015, 44(7): 3057–3066
https://doi.org/10.1039/C4DT03242J pmid: 25567674
26 Wan J, Du  X, Liu E , et al.. Z-scheme visible-light-driven Ag3PO4 nanoparticle@MoS2 quantum dot/few-layered MoS2 nanosheet heterostructures with high efficiency and stability for photocatalytic selective oxidation. Journal of Catalysis, 2017, 345: 281–294
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2016.11.013
27 Guo N, Li  H, Xu X , et al.. Hierarchical Fe3O4@MoS2/Ag3PO4 magnetic nanocomposites: Enhanced and stable photocatalytic performance for water purification under visible light irradiation. Applied Surface Science, 2016, 389: 227–239
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.07.099
28 Peng W C, Wang  X, Li X Y . The synergetic effect of MoS2 and graphene on Ag3PO4 for its ultra-enhanced photocatalytic activity in phenol degradation under visible light. Nanoscale, 2014, 6(14): 8311–8317
https://doi.org/10.1039/c4nr01654h pmid: 24933179
29 Li S, Gu  X, Zhao Y , et al.. Enhanced visible-light photocatalytic activity and stability by incorporating a small amount of MoS2 into Ag3PO4 microcrystals. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2016, 27(1): 386–392
https://doi.org/10.1007/s10854-015-3765-x
30 Zheng J, Zhang  H, Dong S , et al.. High yield exfoliation of two-dimensional chalcogenides using sodium naphthalenide. Nature Communications, 2014, 5: 2995
https://doi.org/10.1038/ncomms3995 pmid: 24384979
31 Eda G, Yamaguchi  H, Voiry D , et al.. Photoluminescence from chemically exfoliated MoS2. Nano Letters, 2011, 11(12): 5111–5116
https://doi.org/10.1021/nl201874w pmid: 22035145
32 Cheng P, Sun  K, Hu Y H . Mechanically-induced reverse phase transformation of MoS2 from stable 2H to metastable 1T and its memristive behavior. RSC Advances, 2016, 6(70): 65691–65697
https://doi.org/10.1039/C6RA12735E
33 Zhang H C, Huang  H, Ming H , et al.. Carbon quantum dots/Ag3PO4 complex photocatalysts with enhanced photocatalytic activity and stability under visible light. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(21): 10501–10506
https://doi.org/10.1039/c2jm30703k
34 Li X, Li  J H, Wang  K, et al.. Pressure and temperature-dependent Raman spectra of MoS2 film. Applied Physics Letters, 2016, 109(24): 242101
https://doi.org/10.1063/1.4968534
35 Frost R L, Musumeci  A W, Kloprogge  J T, et al.. Raman spectroscopy of hydrotalcites with phosphate in the interlayer: implications for the removal of phosphate from water. Journal of Raman Spectroscopy, 2006, 37(7): 733–741
https://doi.org/10.1002/jrs.1500
36 Lopez-Bote M A ,  Montero S . Raman intensities, vibrational eigenvectors, electro-optical parameters and force constants of SO42−, ClO4−, PO43−, CO32− and NO3− anions in polycrystalline samples. Journal of Raman Spectroscopy, 1980, 9(6): 386–392
https://doi.org/10.1002/jrs.1250090610
37 Lee C, Yan  H, Brus L E , et al.. Anomalous lattice vibrations of single- and few-layer MoS2. ACS Nano, 2010, 4(5): 2695–2700
https://doi.org/10.1021/nn1003937 pmid: 20392077
38 Pagona G, Bittencourt  C, Arenal R , et al.. Exfoliated semiconducting pure 2H-MoS2 and 2H-WS2 assisted by chlorosulfonic acid. Chemical Communications, 2015, 51(65): 12950–12953 doi:10.1039/C5CC04689K
pmid: 26172112
39 Jiang B, Wang  Y, Wang J Q , et al.. In situ fabrication of Ag/Ag3PO4/graphene triple heterostructure visible-light photocatalyst through graphene-assisted reduction strategy. ChemCatChem, 2013, 5(6): 1359–1367
https://doi.org/10.1002/cctc.201200684
40 Xiang Q, Yu  J, Jaroniec M . Enhanced photocatalytic H2-production activity of graphene-modified titania nanosheets. Nanoscale, 2011, 3(9): 3670–3678
https://doi.org/10.1039/c1nr10610d pmid: 21826308
41 Yan Y H, Guan  H Y, Liu  S, et al.. Ag3PO4/Fe2O3 composite photocatalysts with an n-n heterojunction semiconductor structure under visible-light irradiation. Ceramics International, 2014, 40(7): 9095–9100
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.01.123
42 Liu J J, Fu  X L, Chen  S F, et al.. Electronic structure and optical properties of Ag3PO4 photocatalyst calculated by hybrid density functional method. Applied Physics Letters, 2011, 99(19): 191903 (3 pages) 
https://doi.org/10.1063/1.3660319
43 Liang Q, Shi  Y, Ma W , et al.. Enhanced photocatalytic activity and structural stability by hybridizing Ag3PO4 nanospheres with graphene oxide sheets. Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14(45): 15657–15665
https://doi.org/10.1039/c2cp42465g pmid: 23080357
44 Zhai H S, Yan  T J, Wang  P, et al.. Effect of chemical etching by ammonia solution on the microstructure and photocatalytic activity of Ag3PO4 photocatalyst. Applied Catalysis A: General, 2016, 528: 104–112
https://doi.org/10.1016/j.apcata.2016.10.003
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed