助剂修饰增强银基光催化材料的稳定性与光催化活性

Compared with the well-known TiO2-based photocatalyst, Ag-based photocatalysts recently have been extensively investigated due to their excellent photocatalytic performance for the decomposition of organic substances under visible-light irradiation. Owing to their excellent photosensitive properties, however, the Ag-based photocatalysts can be decomposed into metallic Ag, resulting in an obvious destroy of its surface structure, which further causes the decrease of their photocatalytic performance. In this project, we intend to improve the photoinduced stability and photocatalytic activity of various Ag-based photocatalysts (such as AgCl, AgBr, AgI, Ag2O, Ag2CO3, and Ag3PO4) by surface grafting of transition metal ions (such as Fe(III), Co(II), Cu(II), and Ni(II)) working as the cocatalyst via an impregnation method. The effect of various transition metal ions on the photoinduced stability and photocatalytic activity of various Ag-based photocatalysts will be carefully investigated, with the aim of clarifying the dependence and improved mechanism of their photoinduced stability and photocatalytic activity. The implementation of this project may provide new insight for the preparation of new, high-performance and stable Ag-based photocatalytic materials.

相比于传统的TiO2基光催化材料，银基光催化材料在降解有机污染物过程中往往表现出更高的可见光光催化性能而受到广泛关注。然而，由于其极强的光敏性，银基光催化材料在光催化过程中易于分解形成金属银，使材料表面受到严重破坏，进而导致光催化性能的下降。本项目拟以过渡金属离子(如Fe(III)、Co(II)、Cu(II)、Ni(II)等)为光催化剂助剂，通过离子注入法在光敏性银基光催化材料(如AgCl、AgBr、AgI、Ag2O、Ag2CO3、Ag3PO4等)表面修饰过渡金属离子助剂，以提高银基光催化材料的光诱导稳定性和光催化活性；研究各种过渡金属离子助剂对光敏性银基光催化材料的光诱导稳定性与光催化活性的影响，揭示银基光催化材料的结构稳定性与光催化活性间的内在联系，以及过渡金属离子助剂对银基光催化材料结构稳定性和光催化活性的增强机理，为发展新型、高效、稳定的银基可见光光催化材料提供一定的理论指导。

在环境净化领域，相比于传统的TiO2光催剂，银基光催化材料在降解有机污染物过程中往往表现出更高的光催化活性而受到广泛关注。本项目以发展新型高效的过渡金属离子及其化合物为光催化剂助剂，修饰于银基光催化材料表面，促进光生电子与空穴的有效分离，以增强其光催化活性和光诱导稳定性。主要研究内容和取得的重要结论如下：(1) 发展过渡金属离子Ti(IV)、Zn(II)、Cu(II)、Co(II)等助剂修饰的银基光催化材料的简易合成方法，并制备了多种高效的光催化材料，如Cu(II)/Ag3PO4、b-Zn(II)/AgCl、CoP/Ag3PO4等；(2) 通过对助催化剂的种类选择与微结构调控，进一步发展了双过渡金属助剂修饰的高效、稳定的银基光催化材料，并对多种有机污染物表面出很好的降解活性，如Ti(IV)-Fe(III)/AgBr、Cu(II)-CoP/Ag3PO4、Ti(IV)-Fe(III)/AgCl等；(3) 以上述光催化材料为基础，研究助催化剂修饰对银基光催化材料活性与稳定性的影响规律，发现电子助剂如Cu(II)、Fe(III)、Ni(II)等可显著增强光生电子的快速传输与界面催化反应，促进银基光催化材料的光稳定性，从而抑制光腐蚀的发生；而空穴助剂如Ti(IV)、CoP等可显著增强界面光生空穴的快速传输与界面氧化反应；其两者的协同作用大大促进了光生载流子的有效分离，增强光催化材料的光催化活性。本项目提出的表面助剂修饰增强主体光催化材料的界面电荷转移机制与其双助剂修饰中的协同效应对发展新型高效的光催化材料提供一定的理论指导，为光催化技术的实用化提供一定的技术支撑。本项目在执行期间共发表SCI研究论文30篇，其中ESI高引频论文7篇；在上述成果中，有10篇论文发表于影响因子大于6的国际期刊上，具体包括Appl. Catal. B, J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces, Nanoscale等；同时，申请人以第一发明人获中国发明专利8项，已培养硕士研究生7名；此外，项目负责人积极参与国际国内交流与合作，共参加国际学术会议7次，国内学术会议9次。