具有高界面面积的TiO2-Ag3PO4纳米复合材料在可见光下对罗丹明B和甲基橙的光降解性能增强：性能、稳定性及作用机制

阿曼达·苏伦·德·保拉（Amanda Suellen de Paula）|雨果·吉马良斯·帕利亚雷斯（Hugo Guimarães Palhares）|卢安·卡洛·S·卡米洛（Luan Karlo S. Camillo）|爱德华多·恩里克·马丁斯·努内斯（Eduardo Henrique Martins Nunes）|克劳斯·克拉姆布罗克（Klaus Krambrock）|路易斯·奥兰多·拉德伊拉（Luiz Orlando Ladeira）|曼努埃尔·霍马尔德（Manuel Houmard）

摘要

工业过程对现代社会至关重要；然而，由于原材料的积累、化学物质的投入以及工艺效率低下，它们对环境造成了严重破坏。在新兴的修复技术中，异质光催化作为一种通过高级氧化过程（AOPs）实现有机污染物光氧化矿化的有效策略而受到了关注。二氧化钛（TiO₂），尤其是其锐钛矿相，是研究最广泛的光催化剂之一。然而，其应用受到宽禁带（3.2 eV）的限制，这使得它只能被紫外光激活，并且光生电子-空穴对会迅速复合。在这项研究中，合成了晶粒尺寸小于20纳米的TiO₂-Ag₃PO₄纳米复合材料，以增强两种相之间的界面接触并提高其对阳离子（罗丹明B）和阴离子（甲基橙）染料的光催化降解性能。这些材料是通过在TiO₂纳米晶体悬浮液中原位沉淀Ag₃PO₄制备的。与纯Ag₃PO₄相比，合成的纳米复合材料在可见光下的光催化活性更优，并且性能超过了常用的Degussa P25基复合材料作为基准。与文献中报道的类似研究相比，由于采用了基于预先制备的锐钛矿晶体悬浮液的合成方法，促进了强烈的界面相互作用，使得复合材料在可见光下的光催化性能优于纯Ag₃PO₄材料。此外，这些催化剂在至少三次重复使用后仍能保持稳定的性能。电子顺磁共振（EPR）自旋捕获分析表明，吸附在催化剂上的染料分子的降解主要通过直接空穴氧化实现，而超氧阴离子（^•O₂^-）和单线态氧（¹O_{2）也参与了溶液中的染料降解。光催化效率的提高归因于TiO2和Ag3PO4晶体之间界面面积的增加以及所采用合成策略带来的电荷分离效果的改善。}