Ag3 PO4 /AgCl@IER核壳结构复合材料的制备及其光电协同催化降解染料废水研究

　　本研究针对Ag3 PO4 光催化剂易腐蚀、难回收等问题，通过离子交换-原位沉淀法将Ag3 PO4 /AgCl负载于阴离子交换树脂（IER），构建核壳结构复合材料（Ag3 PO4 /AgCl@IER）。该材料在180分钟内实现罗丹明B（RhB）91.35%的光催化降解率，光电协同体系下140分钟降解率提升至98.37%，且循环5次后仍保持88.96%活性，为废水处理提供了新型高效催化剂。

　　

在环境污染治理领域，染料废水因其高色度、高毒性成为棘手难题。传统半导体光催化剂如TiO₂
虽能降解污染物，但仅响应紫外光且效率有限。2010年Ag₃
PO₄
的发现开辟了可见光催化新途径，但其易发生光腐蚀、电子-空穴复合率高的问题制约了实际应用。更关键的是，粉末状催化剂难以回收，可能造成二次污染。如何既保持高催化活性又解决固液分离难题，成为研究者面临的重大挑战。

针对这一科学问题，南开大学化学学院的研究团队创新性地将Ag₃
PO₄
/AgCl纳米颗粒负载于阴离子交换树脂（IER），成功制备出具有核壳结构的Ag₃
PO₄
/AgCl@IER复合材料。通过系统表征和性能测试，发现该材料在可见光下对RhB的降解率可达91.35%，引入外加电场后降解效率进一步提升至98.37%，且循环使用5次后仍保持88.96%的活性。这项突破性成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，为开发高效稳定的废水处理催化剂提供了新思路。

关键技术方法包括：1）离子交换-原位沉淀法构建核壳结构；2）扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析材料形貌与晶型；3）自由基捕获实验鉴定活性物种；4）光电协同催化系统评估性能提升机制。

【材料表征】SEM显示复合材料呈现典型核壳结构，Ag₃
PO₄
颗粒尺寸小于0.5μm，EDS证实元素均匀分布。XRD证明负载后的Ag₃
PO₄
/AgCl保持高结晶度，未出现杂质峰。

【催化性能】在10 mg/L RhB溶液中，单纯光催化180分钟降解率为91.35%，而光电协同系统将反应时间缩短至140分钟且降解率提升至98.37。对比实验表明，外加电场能有效抑制电子-空穴复合，增强电荷分离效率。

【机理分析】自由基捕获实验证实羟基自由基（·OH）和空穴（h⁺
）是主要活性物种。IER载体不仅提供固定位点，其离子交换功能还可促进反应物传质，形成局部高浓度反应微环境。

该研究通过巧妙的材料设计，将Ag₃
PO₄
/AgCl的高催化活性与IER的稳定载体特性相结合，既解决了纳米催化剂回收难题，又通过光电协同效应提升了反应效率。Guanyu Liang等研究者提出的"载体固定化+外场强化"策略，为开发环境友好型催化材料提供了普适性方法，在工业废水处理领域具有广阔应用前景。特别值得注意的是，该复合材料在保持高活性的前提下，循环稳定性较传统粉末催化剂提升近3倍，这一突破为光催化技术的实际工程化应用扫除了关键障碍。