A comparative study on the photocatalytic activity of dye-sensitized and non-sensitized Graphene Oxide-TiO2 composites under simulated and direct sun light

Abstract

Amin modifiye grafen oksit (mGO) ve TiO2 kompoziti, düşük sıcaklık hidrotermal yöntemi ile sentezlendi. Sentezlenen malzemenin karakterizasyonu, X-ışını kırınımı, X-ışını fotoelektron spektroskopisi ve BET analiz teknikleri kullanılarak gerçekleştirildi. mGO: TiO2 filmleri ve daha önce sentezlenen TiO2, N-TiO2, GO-TiO2 ve GO: N-TiO2 filmleri, bıçak sıyırma yöntemiyle üretildi ve simüle edilmiş (Xe lamba) ve doğrudan güneş ışığı altında, Rhodamine-B (RhB) boyasının fotodegradasyonu için fotokatalizör olarak kullanıldı. P25, sentetik fotokatalizörlerin tümü için referans olarak kullanılmıştır. RhB'nin fotodegradasyon süreci UV-Vis spektroskopisi ile izlenmiştir.Tüm katalizörler arasında GO ve N katkılı TiO2 kompoziti olan GO: N-TiO2, en iyi fotokatalitik aktiviteyi sergilemiştir ve mGO: TiO2'nin aktivitesi, P25 ve TiO2'nin aktivitelerinden daha iyi olmasına rağmen, N-TiO2'den dahi düşük bozunma hız sabiti sunmuştur. GO (tabaka benzeri) ve mGO (nokta benzeri) arasındaki morfolojik farklılığa ek olarak, mGO: TiO2 üzerinde C-C bağlarının bolluğunun artması ve oksijen içeren fonksiyonel grupların sayısının azalması, fotokatalitik aktiviteleri üzerinde büyük etkisi olduğu önerilmiştir. mGO:TiO2 dahil GO içeren fotokatalizörler arasında, spesifik yüzey alanı (SSA) ve birim film hacmi başına RhB molekül sayısı mGO: TiO2 için en düşük ve partikül büyüklüğü en yüksektir. Birim film hacmi başına RhB molekül sayısı mGO: TiO2'de, N-TiO2'den daha yüksek olmasına rağmen, yaklaşık 2 kat daha yüksek N-TiO2 SSA' sının daha iyi fotokatalitik performansa izin verdiği düşünülmektedir.Ek olarak, görünür bölgede etkili katalizörler elde etmek için, filmler PTE boyası ile duyarlaştırıldı ve filmlerin tekrar kullanılabilirliği de test edildi. Üretilen tüm filmlerin bozunma hızı sabitleri her iki ışık ortamı altında da artmıştır ve yeniden kullanılabilirlik testlerinden sonra hız sabitlerinde önemli bir değişiklik saptanmamıştır.

Amine modified graphene oxide (mGO) and TiO2 composite was synthesized by low temperature hydrothermal method. Characterization of the synthesized material was carried out by using X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and BET analysis techniques. The films of mGO:TiO2 and formerly synthesized TiO2, N-TiO2, GO-TiO2 and GO:N-TiO2 were fabricated by doctor blade method and employed as photocatalysts for the photodegradation of Rhodamine-B (RhB) dye under simulated (Xe lamb) and direct sun-light. P25 was also used as reference photocatalyst for all of the synthesized ones. Photodegradation of RhB was monitored by UV-Vis spectroscopy. Among all the catalysts, GO:N-TiO2, the composite of GO and N-doped TiO2, presented the best photocatalytic activity and although the activity of mGO:TiO2 was better than the activities of P25 and TiO2, it presented lower degradation rate constant even than that of the N-TiO2. It is proposed that increased abundance of C-C bonds and decreased number of oxygenated functional groups on mGO:TiO2, in addition to the morphological difference between GO (sheet like) and mGO (dot like) has great influence on their photocatalytic activities. Among the GO containing photocatalysts including mGO:TiO2, specific surface area (SSA) and number of RhB molecules per film volume were the lowest and particle size was the highest for mGO:TiO2. Although the number of RhB molecules per film volume was higher in mGO:TiO2 than that of the N-TiO2, it is thought that approximately 2 folds higher SSA of N-TiO2 allowed better photocatalytic performance. Additionally, the films were sensitized with PTE dye to obtain effective catalysts in visible region and reusability of the films were also tested. Degradation rate constants of all fabricated films have increased under both of the irradiation media and no significant change in rate constants were detected after the reusability tests.