Small Methods: 静电驱动自组装纳米复合结构实现高效光催化

利用太阳光实现有机污染物的快速降解,与传统降解方式相比具有成本低、无二次污染等优势,是环境领域的研究热点之一。其中基于二氧化钛的纳米复合材料是目前研究最为广泛的光催化体系。但受限于二氧化钛载流子复合严重的问题,在光激发下产生的电子-空穴难以有效利用。在其表面负载助催化剂,实现光生载流子的高效分离与转移,被认为是最有效的改善方法之一。

然而,由于两方面因素:1)助催化剂多为贵金属材料;2)对助催化剂的负载过程、尺寸及表面性质等影响因素难以有效控制,尤其是纳米颗粒的表面配体对界面性质的干扰,导致目前对于助催化剂的深入研究到达瓶颈期。如何采用简单、普适的方法,实现无表面配体的廉价非贵金属助催化剂的可控制备与负载,促进光催化活性的进一步提升,是该领域极具挑战性的课题之一。

来自德国乌尔姆大学电化学研究所的Radim Beranek教授团队成功在静电力驱动下,将表面洁净的CuOx与FeOx纳米颗粒与二氧化钛进行组装,实现了光催化有机物降解速率的大幅提升。首先,该团队通过脉冲激光刻蚀技术对金属氧化物进行处理,得了表面洁净、不含配体的CuOx与FeOx纳米颗粒,再通过pH调控手段使其与二氧化钛产生静电吸引相互作用,实现了金属氧化物纳米颗粒在二氧化钛表面的可控、定量沉积。在模拟太阳光照射下,所制备的TiO2-CuOx以及TiO2-FeOx纳米组装体与单独TiO2相比,光催化二氯苯氧乙酸的降解速率提升了约1.5倍。

这种静电自组装机制以及激光刻蚀去除表面配体的方法可以推广到其他半导体光催化复合体系中,为高效光催化复合体系的设计与制备提供了新颖的思路。本研究工作以全文形式发表在Small Method上。

该论文作者为:Sebastian Kohsakowski, Petra Pulisova, Dariusz Mitoraj, Susann Neubert, Johannes Biskupek, Ute Kaiser, Sven Reichenberger, Galina Marzun, Radim Beranek

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.201800390

Electrostatically Directed Assembly of Nanostructured Composites for Enhanced Photocatalysis