钾钒酸盐表面工程：提升光催化效率与耐光腐蚀性能的策略研究

本文系统研究了钾三钒酸盐（KV3O8）通过纳米金刚石修饰（KVO-NDs）和氧空位工程（KVO-SDE）两种表面工程策略，成功将光降解机制从易导致自氧化的空穴/•OH主导路径转向超氧化物/单线态氧主导路径，显著提升了光催化效率与耐光腐蚀性（photocorrosion resistance）。该研究为开发稳定型钒酸盐光催化剂提供了新思路。

　　

材料制备

甲酸钾（99%，Sigma Aldrich）和V₂O₅（99.2%，Alfa Aesar）直接作为试剂使用。实验采用超纯去离子水（电阻率>19 MΩ·cm）。样品通过低温液相剥离-离子交换法（LPE-IonEx）制备：将500 mg V₂O₅加入50 mL 1M甲酸钾水溶液，80℃剧烈搅拌72小时获得无水KV₃O₈（标记为KVO）。后续通过纳米金刚石修饰和表面缺陷工程分别制备KVO-NDs和KVO-SDE样品。

结构分析

X射线衍射图谱验证了样品相纯度与晶体结构。KVO-NDs和KVO-SDE的衍射图谱及Rietveld精修结果见附图S1，晶格参数与吻合指数见表S1。分析证实改性样品与标准KV₃O₈具有相同晶体结构，表面修饰未破坏主体晶格。

结论

本研究证明通过靶向表面工程策略（纳米金刚石修饰/氧空位工程）可同步提升钾三钒酸盐的光催化活性与抗光腐蚀能力。表面改性促使甲基蓝降解反应路径从空穴/•OH主导机制（易引发催化剂自氧化）转向超氧化物/单线态氧主导机制，有效抑制了催化剂表面的直接氧化攻击。KVO-SDE样品表现出更均匀持久的保护效果，为设计稳定型环境光催化剂提供了新范式。