高活性暴露面银基光催化材料的可控制备及稳定性增强研究

Exposing high active facet is a crucial strategy to improve the photocatalytic efficiency of silver-based photocatalysts. Owing to photosensitive properties of silver-based photocatalysts, however, their exposed high active facets are unstable and can be decomposed into metallic Ag. As a result, the surface structures are obviously destroyed, which further causes the decrease of their photocatalytic performance. According to the advantages of cocatalysts which can effectively transfer the interfacial photo-charges of photocatalysts, in this project, we intends to improve the photoinduced stability and photocatalytic activity of silver-based photocatalysts (such as AgCl, AgBr, AgI, ,Ag3PO4 and Ag2O) with high active facets by surface grafting of noble metals (Pt, Au, etc.) and transition metal ions (such as Fe(III), Co(II), Ni(II), and Cu(II)) working as the cocatalysts. The effect of cocatalysts on the photoinduced stability and photocatalytic activity of the silver-based photocatalysts with high active facets is carefully investigated, with the aim of clarifying the dependence and the improved mechanism of the photoinduced stability and photocatalytic activity. The implementation of this project may provide new insight for the preparation of high efficient and stable siver-based photocatalytic materials.

高活性面的构建是提高光催化材料性能的重要方法，而高活性暴露面银基光催化材料是其中重要的研究内容。然而，由于银基光催化材料具有较强的光敏性，使高活性暴露面易于分解破坏，进而导致光催化材料性能的下降。本项目根据银基光催化材料中光生电子捕获与快速转移间的竞争机制，拟在银基光催化材料的高活性暴露面上修饰高效电子助催化剂，以增强高活性暴露面银基光催化材料的结构稳定性和光催化活性；研究具有不同高活性暴露面银基光催化材料(如AgCl、AgBr、AgI、Ag3PO4、Ag2O等)的可控合成和助催化剂(如贵金属Pt、Au等和过渡金属离子如Fe(III)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)等)在高活性面上的选择性修饰，以及助催化剂对银基光催化材料高活性面的光致稳定性影响，揭示助催化剂增强高活性暴露面银基光催化材料结构稳定性和光催化活性的内在机制，为发展更高效、稳定的银基光催化材料提供一定的理论指导。

银基光催化材料在光催化环境治理和光解水方面展现了巨大的应用潜力。然而它们特殊的光敏性会导致其结构的破坏，从而制约了其在光催化领域中的实际应用。本项目就以上问题开展了一些针对性的基础和应用基础性研究工作，取得了一些有益的研究进展，现总结如下：（i）根据银基光催化材料中光生电子捕获与快速转移间的竞争机制，开展了晶化银基光催化材料(如AgCl、AgBr、AgI、Ag2O、Ag3PO4等)高活性表面上可控修饰高效助催化剂(如Ag、Cu(II)、CoPi、b-Zn等)的探索工作。相关研究实现了银基光催化材料结构稳定性和光催化活性的显著增强，并揭示了助催化剂增强其结构稳定性和光催化活性的内在机制。（ii）开展了晶化银基光催化材料高活性表面可控构建异质结的探索工作。相关研究实现了界面结合良好的复合光催化剂并显著增强了银基光催化材料的结构稳定性和光催化活性，解释了异质结增强其结构稳定性和光催化活性的内在机制。（iii）进一步开展了高效助催化剂（如Au、Pt、NiSx、CoSx、CuSx、AgSx、MoSx、RGO以及碳量子点等）制备方法和选择性修饰增强光催化降解和制氢方面的探索工作。相关研究实现了一些新的助催化剂修饰方法以及助催化剂在光催化剂特定晶面上的选择性修饰，并揭示了它们的修饰原理和增强光催化活性的内在机制。（iv）在对银基光催化材料和助催化剂深入了解的基础上，本项目进一步设计和制备高效的银基材料助催化剂（Ag-Ag2O和Ag-Ag2S等），这些助催化剂实现了光催化剂（如BiVO4和TiO2等）光催化降解和制氢性能的显著提高。以上取得的研究进展将为发展更高效、稳定的银基光催化材料提供一定的理论指导，也将为光催化中高效助催化剂的探索提供一定的借鉴意义。该项目取得的相关研究成果在国际和国内重要期刊上共公开发表16篇研究论文，具体期刊包括Appl. Catal. B (3篇)、Dalton Trans.（2篇）、Chinese J. Catal.（2篇）、J. Colloid Interface Sci.（1篇），J. Phys. Chem. C（1篇）、Phys. Chem. Chem. Phys（1篇）、Solar RRL（1篇）、Appl. Surf. Sci.（3篇）、J. Alloys Compd.（2篇）。申请和授权中国发明专利2项。