0 1引言

在眾多新興的處理水中微污染物的先進氧化工藝中，光催化技術(shù)因其獨特的催化原理和廣闊的應用前景脫穎而出。特別是在含銀光催化劑中，銀原子的表面具有可以被光波激發(fā)的電子疏密波，其特殊的窄帶隙使光電子容易被激發(fā)。然而，大多數(shù)含銀光催化劑在污染物降解過程中面臨極易晶體還原和光腐蝕的威脅。

以最常見的氧化銀（Ag2O）為例，在特殊的光照射下，光電子從Ag2O的價帶（VB）過渡到導電帶（CB），Ag+會被光電子還原成Ag0，此外，VB中的空穴會氧化晶格中的O2-，從而釋放O2，這將產(chǎn)生催化劑的光腐蝕現(xiàn)象。同時，銀離子將與殘余氧元素結(jié)合以重建晶格，并產(chǎn)生光解發(fā)光中心。光解中心的形成將在帶隙中形成缺陷能級并將逐漸損壞Ag2O晶體，導致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。此外，與Ag2O直接接觸的有機物會引發(fā)氧化還原反應。

為了解決銀系光催化劑面臨的光腐蝕和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性等問題，研究人員試圖通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)來調(diào)整電子的傳輸路徑，異質(zhì)結(jié)在抵抗光腐蝕和還原方面表現(xiàn)出一定的效果。氧化石墨烯、g-C3N4等材料已經(jīng)被用于通過構(gòu)建II型或Z型異質(zhì)結(jié)來調(diào)節(jié)銀光催化劑的電子傳輸路徑，這可以提高晶體穩(wěn)定性和抗光腐蝕性，然而，電子利用不足仍然是提高光催化效率的障礙。因此，有必要探索合適的催化劑以更有效地利用光電子。

在眾多的光催化劑中，尤其是稀土光催化劑，如La2O3、La(OH)3和CeO2，由于其特殊的4f殼層電子，具有獨特的光學、電學和催化性能，并在優(yōu)化電子傳輸路徑方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，在某些情況下，即使構(gòu)建了稀土半導體催化劑異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，也不能很好地解決含銀光催化劑的極易還原和光腐蝕問題。由于內(nèi)置電場，電子會遷移到匹配的催化劑上，造成鏈式的晶體還原和光腐蝕。

進一步提高電子轉(zhuǎn)移效率的有效途徑是提供電子利用平臺，電子利用平臺可以暫時存儲光電子，并防止光電子對晶體的還原。近年來，碳基材料如有機光催化劑、石墨烯和碳點已被證明是共催化活性位點和良好的電子受體/供體材料，其在優(yōu)化電子傳輸路徑方面表現(xiàn)出優(yōu)異的平臺特征。然而，石墨烯和碳量子點難以大量制造，這限制了它們在工業(yè)中的應用。因此，一種新型的電子受體平臺具有制備簡單、穩(wěn)定性高的特點，可以優(yōu)化電子傳輸路徑，值得探索。

0 2成果簡介

成功構(gòu)建Ag2O/La(OH)3異質(zhì)結(jié)，并通過鴻之微DS-PAW軟件模擬了異質(zhì)結(jié)的能帶分布，計算了構(gòu)建異質(zhì)結(jié)后的差分電荷密度，了解異質(zhì)結(jié)構(gòu)建后的電子傳遞過程。將制備的異質(zhì)結(jié)固定在聚丙烯腈紡絲膜內(nèi)，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗光腐蝕和抗晶體還原的能力。為解決銀系光催化劑光腐蝕和晶體還原提供了新的思路。

0 3圖文導讀

圖1 Ag2O、La(OH)3、AL2.0、AL2.0-DP和反應后AL2.0-DP樣品的(a)總光譜和(b)Ag 3d、(c)La 3d區(qū)域的XPS測量光譜。(d) 3D和(e)1D的Ag2O/ La(OH)3異質(zhì)結(jié)中電荷密度差異。(f)O1s區(qū)域。

圖2 AL2.0-DP的(a-c)SEM圖像、(d-f)EDS元素圖、(g)3D剖面圖和(g)垂直視圖。AL2.0和AL2.0-DP樣品的(i, k, l)TEM圖像和(j)HAADF-STEM圖像。

圖3 (a) Ag2O/La(OH)3異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化; (b) Ag, (c) H, (d) La, 和(e) O 元素的電子投影能帶圖。

圖4 (a) AL2.0-DP 對四環(huán)素的降解路線圖 (b) AL2.0-DP的催化機理圖。

0 4小結(jié)

本文使用鴻之微DS-PAW軟件，優(yōu)化了Ag2O/ La(OH)3異質(zhì)結(jié)的幾何結(jié)構(gòu)，計算了Ag2O/ La(OH)3異質(zhì)結(jié)的能帶分布和差分電荷密度。解釋電子在Ag2O/ La(OH)3異質(zhì)結(jié)中的傳遞機制。通過實驗制備了Ag2O/ La(OH)3異質(zhì)結(jié)，并將其通過靜電紡絲法固定在聚丙烯腈膜內(nèi)，成功解決了銀系光催化劑的光腐蝕和晶體易還原問題。通過實驗證明了光生電子是由氧化銀激發(fā)傳遞至氫氧化鑭內(nèi)，再傳遞到聚丙烯腈薄膜上。新制備的光催化膜對四環(huán)素等有機污染物有較高的光催化氧化性能。同時在環(huán)境治理中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。





審核編輯：劉清