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【封面故事】构建高催化活性的BiVO4@Ag复合材料

《化学试剂》2026年第48卷第1期刊载了陕西理工大学化学与环境科学学院的蔡旭鹏,王月荣,蔡依辰,洪先健,郭少波,郭小华,季晓晖*的论文——“构建高催化活性的BiVO4@Ag复合材料”



<封面故事>


随着工业化进程的加速,印染、电镀等行业排放的废水中含有大量有机染料(如罗丹明B)和重金属离子(如六价铬),传统处理方法存在效率低、成本高、易产生二次污染等问题。光催化技术作为一种绿色、可持续的污染治理手段,在废水净化与资源回收领域展现出巨大潜力。

钒酸铋(BiVO₄)因其较窄的带隙(约2.4 eV)和良好的化学稳定性,成为备受关注的可见光响应型光催化剂。然而,其光生载流子复合率高、表面反应动力学缓慢等缺点,严重制约了其实际应用性能。近年来,通过形貌调控与贵金属负载相结合的策略,成为提升其光催化活性的重要研究方向。

本研究以球形BiVO₄为载体,通过三种不同的光化学还原方法(直接还原法、银氨配合物还原法、溴化钾调控还原法)成功构建了BiVO₄@Ag复合材料。系统表征与光催化实验表明,溴化钾调控还原法制备的材料具有最优的Ag纳米颗粒分散性与界面结合强度,在可见光下对Cr⁶⁺和罗丹明B展现出卓越的降解性能(Cr⁶⁺20 min内完全还原,RhB降解率显著提升)。其性能提升机制主要归因于Ag纳米颗粒的表面等离子体共振效应与肖特基势垒的协同作用,有效促进了光生电荷的分离与传输。

封面图以视觉化方式呈现了“污染源—光催化材料—降解过程”的完整链条。左上方描绘了工业废水中典型的有机与无机污染物;右下方则展示了BiVO₄@Ag复合材料在光照射下激发载流子、产生活性氧物种并降解污染物的动态过程;中央放大的复合材料结构图中,清晰可见均匀分布的Ag纳米颗粒负载于球形BiVO₄表面,突出了材料设计的核心思路——通过界面工程优化光吸收与电荷分离,最终实现高效、绿色的污染物去除。

本研究不仅为BiVO₄基光催化材料的性能优化提供了新方法,也为复杂废水体系的高效净化提供了可行的材料设计与机制参考,对推动光催化技术在环境修复领域的实际应用具有积极意义。

文章介绍


1  实验部分

1.1主要仪器与试剂

1.2材料制备

2 结果与讨论

2.1   4种纳米复合材料的表征

2.1.1形貌表征

  通过SEM观察结果显示,图1aBiVO₄晶体呈现出球形的外观,其表面并不光滑,是由许多小纳米颗粒组成。图1b~1d中观察到BiVO₄的表面存在着大小不一的团聚体,表明Ag粒子成功负载。

2.1.3  存在的元素及价态

   为了确定所制备BiVO₄BiVO₄@Ag等材料的元素组成和化学状态,X射线光电子能谱(XPS)分析。在Bi 4f高分辨谱图2aBiVO₄159.1 eV164.3 eV处呈现双峰,分别对应Bi³+4f 7/24f 5/2轨道,其3.2 eV的自旋轨道分裂间距与单斜白钨矿BiVO₄的晶体结构特征一致[26]

2.1.4  性质表征

  光致发光(PL)光谱分析表明(图3a),BiVO₄@Ag-3BiVO₄@Ag-2BiVO₄@Ag-1PL强度均低于纯BiVO₄,说明Ag的引入有效抑制了光生载流子的复合。其中,BiVO₄@Ag-3PL强度最低,表明其光生电子-空穴对的传输效率最优,这与Ag纳米颗粒作为电子陷阱促进电荷分离的机制一致。

2.2  光催化性能测试

2.2.1  光催化还原Cr6+

  研究了使用不同材料光催化剂剂量:50mgCr6+20 mg/L)进行光催化实验的结果。图4a~4d代表还原Cr6+分光光度计测试结果。

3  结论    

3.1  本研究以球形BiVO₄为前体制备纳米复合材料。通过不同负载方式负载Ag NPs显著提高了纳米复合材料催化性能,且有效解决了Ag NPs的团聚问题。并通过TEMXPSXRD等证明3种不同BiVO₄@Ag纳米复合材料的成功制备。

3.2  纳米复合材料催化降解实验结果表明,BiVO₄@Ag3种复合材料的催化性能优于纯BiVO₄,且小粒径、高分散性的BiVO₄@Ag-3复合材料的催化活性最好,KBr的引入,形成的AgBr减缓了Ag⁺的还原速率,解决了小粒径纳米银的团聚问题。在对Cr6+和罗丹明BRhB催化实验中均保持优良活性。




通讯作者介绍


季晓辉

教授  化学与环境科学学院院长

研究领域:

(1) 化学教学理论与实践;

(2) 天然产物化学及精细有机合成

Produced By CMS 网站群内容管理系统 publishdate:2026-01-19 09:28:13