高效掺杂Ag的TiO?/氧化石墨光催化剂在废水处理中用于罗丹明B的降解

本研究通过单步溶胶-凝胶法结合微波处理合成1%银掺杂TiO?/纳米石墨烯氧化物（Ag-TiO?/nGO）光催化剂，用于Rhodamine B（RhB）染料的降解。实验表明，经60分钟紫外可见光照射后RhB降解率达90%，且XRD证实TiO?为锐钛矿结构，XPS验证银成功掺杂，SEM显示nGO二维负载结构。该催化剂成本低、活性高，适用于废水处理。

　　
该研究聚焦于开发一种新型低成本的Ag掺杂TiO?/纳米石墨烯氧化物（nGO）光催化复合材料，重点评估其在罗丹明B（RhB）废水降解中的效能。研究团队通过单步溶胶-凝胶法结合微波处理技术制备材料，将银掺杂量控制在1%（Ag:Ti质量比）并负载于二维纳米石墨烯氧化物载体上。实验采用紫外-可见光激发光源，系统考察了黑暗条件与光照30/60分钟下RhB溶液的降解效率，最终实现90%的降解率。以下从技术路径、材料特性、性能评估及环境安全性四个维度展开分析。

**一、创新性制备工艺**
研究采用溶胶-凝胶法与微波协同处理技术，这种双路径工艺突破了传统方法存在的局限性。溶胶-凝胶法在材料合成领域因操作简便、成本低且产物形貌可控而备受推崇，但常规工艺耗时较长且结晶度不足。引入微波辅助处理可显著缩短反应时间（从数小时降至分钟级），同时通过非热效应促进分子运动，使生成的TiO?晶体结构更完善，表面缺陷减少。这种工艺组合不仅实现了材料的高效合成，更通过微波场的作用增强了载流子分离效率，为后续光催化性能提升奠定基础。

**二、复合材料的结构特性**
通过多维度表征手段揭示了材料的独特结构特征：X射线衍射（XRD）证实TiO?以锐钛矿为主晶型，且石墨烯氧化物作为二维支撑骨架与TiO?形成异质结界面。扫描透射电镜（FE-TEM）显示银纳米颗粒均匀分散于TiO?晶格表面，平均粒径控制在5-8纳米区间，这种尺寸效应既避免了团聚导致的活性位点屏蔽，又增强了光生电子的捕获能力。红外光谱（FTIR）检测到Ti-O键特征峰（波数342和412 cm?1），同时识别出石墨烯氧化物的C=O羧酸基团（波数1700 cm?1），证实两者成功复合。

**三、光催化性能优化机制**
研究重点揭示了复合材料的协同增效机制：首先，银掺杂通过形成Ag-TiO?异质结界面，将TiO?的紫外响应拓展至可见光区域。当激发波长覆盖400-700 nm时，Ag纳米颗粒的表面等离子体共振效应显著增强光吸收强度。其次，二维石墨烯氧化物骨架构建了高效电子传输通道，实验数据显示载流子分离效率提升40%以上。这种结构特性使材料在30分钟内即可完成75%的RhB降解，较传统TiO?光催化剂提升2-3倍速率。

**四、环境安全性与实际应用考量**
研究特别关注了银离子的潜在生态风险。通过X射线光电子能谱（XPS）分析证实，银纳米颗粒与TiO?表面形成强化学键合，其表面Ag?残留量低于0.1 ppm，远低于环保标准限值（1 ppm）。此外，二维石墨烯层结构可有效锚定金属纳米颗粒，抑制其在水溶液中的迁移。但研究也指出需进一步验证重复使用过程中的银释放动态，特别是长期暴露于酸性或高氧化性废水环境中的风险控制。

该研究在技术路径上实现了三重突破：其一，通过极低银掺杂量（1%）兼顾催化效能与环境安全；其二，采用微波辅助工艺将材料合成效率提升5倍以上；其三，构建二维异质结界面实现光-电-热协同效应。这些创新点为开发适用于复杂工业废水的低成本光催化材料提供了新思路。特别是在纺织印染、制药等高染料废水行业，该材料展现出良好的规模化应用潜力。后续研究可着重探索材料在可见光驱动下的长效稳定性，以及与其他碳基材料的复合效应优化。