气溶胶辅助等离子体沉积TiO2 /AgNO3 杂化纳米复合涂层的制备及其光催化性能研究

本研究通过气溶胶辅助常压等离子体沉积(AAPD)技术，首次将TiO2 纳米颗粒与AgNO3 以不同比例共沉积于硅氧烷基质中，开发出具有优异光催化活性的纳米复合涂层。该涂层在UV照射下对亚甲基蓝(MB)的降解率高达98%，且循环使用后性能提升，归因于Ag(I)光还原为Ag(0)及基质部分降解。该研究为环境修复用固定化光催化剂的设计提供了新思路。

　　

随着工业发展带来的环境污染问题日益严峻，开发高效、稳定的光催化材料成为研究热点。二氧化钛(TiO₂
)作为典型n型半导体，因其强氧化活性、化学稳定性等优势被广泛应用于光催化领域。然而其固有缺陷——仅响应紫外光及高电子-空穴复合率严重制约了实际应用。传统解决方案是通过与贵金属纳米颗粒(如银)复合形成肖特基势垒(Schottky barrier)来抑制电荷复合，但现有研究多聚焦于Ag(0)/TiO₂
体系，对Ag(I)化合物的作用机制认识不足。此外，粉体催化剂难以回收的问题也亟待解决。

针对这些挑战，国内研究人员在《Applied Surface Science》发表论文，创新性地采用气溶胶辅助常压等离子体沉积(AAPD)技术，将TiO₂
纳米颗粒与AgNO₃
共沉积于硅氧烷基质，制备出可固定化的杂化纳米复合涂层。研究通过调控两种前驱体的气溶胶流量比(3-5 slm和5-3 slm)及AgNO₃
浓度(10 mM和50 mM)，系统考察了材料结构与性能的关系。

关键技术包括：1)AAPD双通道反应器同步沉积TiO₂
悬浮液和AgNO₃
溶液；2)场发射扫描电镜(FEG-SEM)和透射电镜(TEM)表征形貌；3)X射线光电子能谱(XPS)追踪银价态变化；4)紫外-可见光谱(UV-Vis)评估MB降解动力学；5)液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)解析降解路径。

【3.1 化学与形态表征】
TEM显示涂层中7-20 nm的TiO₂
纳米球与AgNO₃
晶体紧密共存，选区电子衍射(SAED)证实主要为锐钛矿相。EDX测得Ag/Ti原子比最高达0.08，XPS发现循环使用后Ag3d_5/2
结合能从368.4 eV降至367.7 eV，证实UV照射引发Ag(I)→Ag(0)光还原。

【3.2 光催化活性评估】
当TiO₂
气溶胶流量为5 slm时，MB降解率高达98%(120分钟)，动力学常数达1.9×10^-2
min^-1
。值得注意的是，低TiO₂
含量样品中，Ag的促进作用更为显著——降解率较纯TiO₂
涂层提升20%。三次循环实验显示反应速率翻倍，ICP证实催化剂泄漏可忽略(Ag释放<35 ng)，性能提升源于：1)基质有机组分光降解使催化剂暴露；2)Ag(0)作为电子陷阱抑制电荷复合。

【降解机制解析】
LC-MS/MS检测到m/z 284.1([MB]⁺
)和270.1([MB-CH₂
]⁺
)等系列脱甲基产物，以及m/z 302.1/316.1的氧化产物，表明降解通过N-脱甲基化和氧化双路径进行。与文献对比，该涂层在降解效率(98% vs 41.7-91%)和时间(120分钟 vs 150-270分钟)上均具优势。

该研究首次证实AAPD技术可一步制备AgNO₃
/TiO₂
固定化光催化剂，突破了传统粉体材料回收难题。发现Ag(I)在UV照射下原位转化为Ag(0)的独特现象，为设计自增强型催化剂提供新策略。未来拓展可见光响应性与抗菌性能研究，将进一步提升其在环境修复领域的应用价值。