在中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委支持下，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所能源與環(huán)境納米催化材料課題組在金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)光催化納米材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成研究領(lǐng)域獲新進(jìn)展。

　　金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)光催化材料成為目前光催化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，然而，目前所報(bào)道的此類異質(zhì)材料由于自身結(jié)構(gòu)及功能缺陷，普遍具有較低光生載流子分離效率和較差的可見(jiàn)光催化性能。因此，如何設(shè)計(jì)和制備具有高效的電子-空穴分離結(jié)構(gòu)以及快速電子導(dǎo)出的金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)可見(jiàn)光光催化劑成為目前急需解決的科學(xué)難題。

　　能源與環(huán)境納米催化材料課題組設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑金屬Ag納米線/Ag3PO4立方體異質(zhì)光催化劑，即在Ag納米線表面通過(guò)選擇性外延生長(zhǎng)構(gòu)建了尺寸、形貌、位置、數(shù)量等可控的Ag3PO4立方體，形成項(xiàng)鏈狀異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。由于金屬Ag納米線具有較低費(fèi)米能級(jí)，可以高效分離半導(dǎo)體光生載流子，并將電子快速轉(zhuǎn)移至金屬納米線。此外，由于具有獨(dú)特的項(xiàng)鏈狀結(jié)構(gòu)，富集至Ag納米線的電子可以快速被導(dǎo)出并參與光催化還原反應(yīng)，而分離后的空穴在Ag3PO4表面參與氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此新型Ag納米線/Ag3PO4立方體異質(zhì)光催化劑具有比Ag3PO4立方體更高的可見(jiàn)光降解有機(jī)污染物性能。



Ag納米線/Ag3PO4立方體異質(zhì)光催化材料的SEM，光生載流子分離機(jī)理及光催化性能

　　該異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑有效解決了光生電子-空穴的快速?gòu)?fù)合以及電子無(wú)法導(dǎo)出的難題，并且在半導(dǎo)體光催化領(lǐng)域具有極高的通用性和實(shí)用性。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry(J. Mater. Chem., 2012, 22, 14847-14850)和ChemistryA European Journal期刊上(Chem. Eur. J. 2012, DOI: 10.1002/ chem.201201435)。