磷酸银(Ag₃PO₄)是一种具有极高量子效率的可见光光催化剂,但其严重的光腐蚀和易团聚问题限制了其实际应用。将Ag₃PO₄与其它半导体复合构建Z型异质结,并用载体分散,是解决这些问题的有效方法。天然凹凸棒石(ATP)是一种一维纳米棒状粘土矿物,具有高比表面积和丰富的表面硅羟基,是理想的光催化剂载体。碳量子点(CQDs)不仅具有优异的上转换荧光特性(可将长波长可见光转化为短波长光),还能作为优良的电子传输介质。本研究在ATP纳米棒上原位沉积了Ag₃PO₄纳米颗粒,并通过静电作用将CQDs负载于其上,构建了CQDs/Ag₃PO₄/ATP Z型异质结。在这一设计中,ATP作为载体分散并稳定了Ag₃PO₄,增强了材料对四环素(TC)的吸附;CQDs作为固态电子介质,桥接在Ag₃PO₄和ATP界面上,促进了Z型电荷转移路径的形成。此外,CQDs的上转换荧光将不能被Ag₃PO₄直接吸收的>500nm波长的光,转换为可被Ag₃PO₄利用的<450nm的光,从而间接拓宽了光吸收范围。
在可见光照射下,该三元复合催化剂对四环素的降解速率常数是纯Ag₃PO₄的18倍,且在5次循环使用后仍保持较高的催化活性和晶体结构稳定性,Ag⁺的溶出浓度被有效抑制。自由基捕获和ESR实验表明,光生空穴(h⁺)和超氧自由基(·O₂⁻)是降解TC的主要活性物种。该研究通过将天然粘土载体、高效可见光催化剂和多功能碳量子点进行三元复合,并通过Z型异质结和上转换荧光增强,成功构建了兼具高活性、高稳定性和高吸附能力的光催化体系,为水中抗生素的深度净化提供了高性能的材料设计范例。
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