中科院蘭州化物所光催化納米材料結構設計及晶面調控獲進展

Au@Ag/Ag3PO4二十四面體異質光催化劑的SEM，紫外可見光吸收曲線及光催化性能
在中國科學院“百人計劃”項目和國家自然科學基金支持下，中國科學院蘭州化學物理研究所能源與環境納米催化材料課題組在半導體光催化納米材料的結構設計及晶面調控方面取得系列進展。
半導體光催化材料的設計合成及晶面調控成為目前光催化研究領域的熱點，然而目前所報道的此類異質材料由于自身形貌及結構缺陷普遍具有較低的光生電荷分離效率及可見光催化活性。因此如何設計、制備具有電子-空穴分離結構的光催化納米材料，并實現對其高活性晶面的可控合成已經成為目前急需解決的科學難題。
前期，該研究小組設計構建了一種項鏈狀異質結構光催化劑—金屬Ag納米線/Ag3PO4立方體異質光催化劑，即在Ag納米線表面選擇性外延生長尺寸、形貌及數量可控的具有面的Ag3PO4立方體，此種結構由于具有高的光生載流子分離及傳導效率，實現了高的光催化活性（J. Mater. Chem. 2012,22,14847）。在后續工作中通過簡單調控Ag3PO4立方體溶液中氨水的濃度，實現了葡萄糖對銀離子在Ag3PO4立方體棱邊及晶面的選擇性還原生長，并對其生長機理及光催化活性進行了系統的研究（Chem. Eur. J. 2012,18,14272）。在制備了具有晶面的Ag3PO4立方體的基礎上（Chem. Commun. 2012,48,3748），該研究小組進一步通過雙氧水氧化銀片的方法，合成出了具有晶面的Ag3PO4四面體，與晶面相比，由于具有更高的晶面能及更多的表面缺陷，從而使Ag3PO4四面體具有比Ag3PO4立方體更出色的可見光催化活性（J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 2387）和 (Phys. Chem. Chem. Phys.2012,14,14486-14488)。
zui近，研究人員利用在Au@Ag納米棒表面選擇性外延生長Ag3PO4的方法，成功制備了具有和高指數晶面的Ag3PO4二十四面體結構。除目前已經報道的面心立方的貴金屬二十四面體結構外，關于體心立方的半導體二十四面體異質光催化材料的報道尚屬。研究人員還利用密度泛函理論分別計算了及晶面的表面能，發現其具有比低指數晶面如更高的表面能；此外由于高指數晶面具有更多的反應活性位，可使Ag3PO4二十四面體結構具有更高的可見光催化性能。該方法在半導體光催化領域具有*的通用性和實用性，為設計、合成具有高指數晶面的異質半導體光催化材料開辟了一條新的途徑。相關研究成果發表在(Chem. Commun. 2013,49,636)。