Fotomangkin hetero-simpang aktif cahaya nampak berasaskan hidrosiapatit termodifikasi dari sisa fosfogipsum bersama grafitik karbon nitrida bagi penjanaan hidrogen peroksida

Abstract

Hidrosiapatit (HAp) ialah bahan seramik biokompatibel yang banyak digunakan dalam aplikasi bioperubatan, terutamanya dalam kejuruteraan tisu dan penyalutan implan tulang. Sifatnya yang menyerupai komponen mineral tulang juga menunjukkan potensi dalam aplikasi fotopemangkinan. Sifat kestabilan kimia dan keupayaan HAp dalam menyokong pemisahan cas menjadikannya bahan yang sesuai untuk degradasi pencemar organik, penulenan air, dan penukaran tenaga suria. Namun demikian, HAp mengalami penggumpalan, morfologi tidak teratur, luas permukaan yang rendah, kurang penyerapan cahaya matahari, dan jurang jalur yang besar yang mengakibatkan aktiviti fotopemangkinannya menjadi rendah. Oleh demikian, tujuan utama kajian ini adalah untuk menukarkan sisa PPG kepada fotomangkin HAp yang mempunyai penjajaran jalur konduksi dan valens yang optimum, sifat penyerapan cahaya, dan sifat pemisahan cas yang baik. Dalam kajian ini, fotomangkin HAp dihasilkan daripada sisa PPG melalui teknik hidrotermal dengan kehadiran surfaktan seperti CTAB dan P123 pada tiga kepekatan yang berbeza sebagai templat untuk mengawal saiz dan pertumbuhan kristal. Selain itu, HAp juga dimodifikasikan melalui pengedopan Ni dan Co menerusi dua pendekatan iaitu secara sintesis hidroterma satu langkah dan dua langkah. Seterusnya, pembentukan fotomangkin heterosimpang antara HAp termodifkasi dan fotomangkin grafitik karbon nitrida terdop karbon (CCN) secara impregnasi hidrotermal dilakukan dalam usaha untuk meningkatkan lagi sifat fotopemangkinan HAp. Analisis yang teliti terhadap fasa kristal, struktur morfologi, jurang jalur, analisis unsur, dan sifat pengasingan cas terhadap sampel yang dihasilkan telah dilakukan menggunakan pelbagai teknik pencirian termasuk XRD, FESEM, TEM, penjerapan-nyahjerapan N2, UV-Vis-NIR, dan spektroskopi PL, serta FTIR, XPS, dan pengukuran fotoelektrokimia (PEC). Hasil dapatan mendapati bahawa penggunaan surfaktan CTAB mampu menghasilkan HAp dengan morfologi yang sekata dalam campuran bentuk homo-struktur 1D/2D dan kekristalan yang tinggi berbanding penggunaan surfaktan P123, sekaligus meningkatkan sifat optoelektronik serta memudahkan pemisahan pembawa cas yan lebih cekap. Selain itu, pendopan Ni dan Co terdop HAp satu langkah menunjukkan pendekatan yang lebih efisien berbanding Ni dan Co terdop HAp dua langkah, yang menunjukkan sifat optikal dan PEC yang lebih baik. Seterusnya, gabungan Ni terdop HAp satu langkah bersama CCN (CCN@Ni/HAp) sebagai fotomangkin heterosimpang mempunyai sifat optikal, sifat pemisah cas dan kemampuan penyerapan cahaya yang baik berbanding CCN@Co/HAp, CCN, g-C3N4, dan HAp. Kecemerlangan gabungan ini dapat dibuktikan melalui aktiviti fotopemangkinan yang sangat memberangsangkan dalam tindak balas penghasilan hidrogen peroksida (H2O2) dengan perkadaran penghasilan H2O2 tertinggi sekitar ~5778.3 μmol H-1 g -1 berbanding dengan sampel CCN@Co/HAp, CCN, g-C3N4, dan HAp. Pembentukan heterosimpang HAp termodifikasi dengan CCN berjaya dibangunkan, membuka peluang baharu untuk penggunaan HAp termodifikasi sebagai fotomangkin berprestasi tinggi dalam aplikasi penghasilan H2O2 yang jarang dilaporkan. Kejayaan ini turut menyediakan laluan untuk mengurangkan pencemaran alam sekitar yang disebabkan oleh sisa PPG.