Z型Ag3PO4/In2S3复合光催化体系：“一石二鸟”策略解决光腐蚀现象

半导体光催化技术因绿色、高效、节能等优点在环境治理方面备受瞩目。当前，该技术的核心问题之一是如何开发高效、稳定、廉价的可见光型催化剂。研究表明，金属硫化物（包括二元硫化物和三元硫属化合物）具有优异的可见光响应性能和光催化性能。然而，硫化物光催化剂通常存在严重的光腐蚀问题（S-金属键易被光生空穴氧化）。另一方面，自从叶金花教授于2010年报道磷酸银（Ag₃PO₄）能够光催化分解水产氧和降解有机污染物以来，有关Ag₃PO₄光催化剂的研究方兴未艾。值得注意的是，Ag₃PO₄光催化剂也存在光腐蚀现象（银离子易被光生电子还原）。

近日，曲阜师范大学颜廷江副教授（点击查看介绍）与山东大学黄柏标教授（点击查看介绍）合作，报道了一种Ag₃PO₄/In₂S₃复合光催化剂，并应用到废水溶液（染料、苯酚、水杨酸）的净化处理中。这种Ag₃PO₄/In₂S₃复合光催化剂具有以下优点：1）利用In₂S₃表面孔结构的限域作用，可以提高Ag₃PO₄纳米颗粒的分散度并降低颗粒尺寸（图1）；2）首次将Ag₃PO₄用作助剂，Ag₃PO₄的负载量极低，甚至<0.1wt%，大大降低了贵金属的用量；3）形成的Ag₃PO₄/In₂S₃是一种Z型复合光催化剂，Ag₃PO₄导带中的光生电子和In₂S₃价带中的光生空穴迁移至金属Ag桥上，同时解决了Ag₃PO₄和In₂S₃的光腐蚀（图2d），提高了光催化剂的稳定性。结合以上优点，该材料在可见光照射下，对废水溶液中的多种有机分子表现出优异的吸附和催化降解性能（图2a-c）。这一新颖的设计理念有望为构筑其他高效、稳定的复合光催化剂提供新的思路。

图1. (a) 纯In₂S₃，(b) 纯Ag₃PO₄，(c, d) Ag₃PO₄/In₂S₃复合光催化剂的SEM。

图2. (a) Ag₃PO₄/In₂S₃对甲基橙溶液的吸附性能，(b) Ag₃PO₄/In₂S₃对甲基橙溶液的光催化降解性能，(c) Ag₃PO₄/In₂S₃光催化降解甲基橙的活性稳定性，(d) Ag₃PO₄/In₂S₃光催化机理图。

该研究成果发表在《应用催化B：环境》（Applied Catalysis B: Environmental）杂志上。论文第一作者是颜廷江副教授。

该研究工作得到了国家重点基础研究计划、国家自然科学基金委、山东省自然科学基金、中国博士后基金、泰山学者项目的支持。

该论文作者为：Tingjiang Yan, Jun Tian, Wenfei Guan, Zheng Qiao, Wenjuan Li, Jinmao You, Baibiao Huang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Ultra-low loading of Ag₃PO₄ on hierarchical In₂S₃ microspheres to improve the photocatalytic performance: The cocatalytic effect of Ag and Ag₃PO₄

Appl. Catal. B: Environ., 2017, 202, 84-94, DOI: 10.1016/j.apcatb.2016.09.017

导师介绍

颜廷江副教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/21149

黄柏标教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/35090

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