淀粉/还原氧化石墨烯气凝胶负载Ag2 S-TiO2 -Bi2 WO6 Z型异质结的全光谱协同吸附-光催化降解乙烯研究

为解决果蔬保鲜中粉体光催化剂量子效率低、分散性差的问题，研究人员开发了淀粉/还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶负载Z型Ag2 S-TiO2 -Bi2 WO6 异质结的多功能复合材料。该材料通过γ射线辐照合成Ag2 S量子点(QDs)，拓展近红外光吸收并促进Z型电荷分离，使可见光下乙烯降解速率常数提升591.30%，全光谱协同降解效率达40.75%，为果蔬保鲜提供了高效可持续的解决方案。

　　

在果蔬采后贮藏过程中，乙烯作为植物代谢产物会加速果实软化、褪绿和腐败，全球约50%的食品损耗与此相关。传统乙烯去除方法如物理吸附、化学氧化等存在效率低、条件苛刻等局限，而光催化技术虽具有温和高效的优势，但常用TiO₂
催化剂因宽带隙(3.2 eV)仅能利用5%的紫外光，且载流子复合率高。更棘手的是，粉体催化剂易团聚、难回收，且气固接触效率低，严重制约实际应用。为此，广东省自然科学基金支持的研究团队创新性地构建了淀粉/还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶负载的Z型Ag₂
S-TiO₂
-Bi₂
WO₆
(Ag₂
S-TB)异质结体系，相关成果发表在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》。

研究团队采用γ射线辐照还原法合成Ag₂
S量子点(QDs)，通过溶剂热法制备TiO₂
-Bi₂
WO₆
(TB)二元复合物，再通过冷冻干燥构建三维淀粉/rGO气凝胶载体。通过SEM、XPS、电化学阻抗等表征手段验证材料特性，采用气相色谱测定乙烯降解效率，系统评估了不同光源条件下的催化性能。

SEM分析显示：Ag₂
S-TB中20-50 nm的球形TiO₂
与30-80 nm不规则Bi₂
WO₆
紧密堆叠，Ag₂
S QDs均匀分散于TB表面。淀粉/rGO气凝胶呈现三维多孔网络，孔径20-100 μm，为乙烯扩散提供通道。

光电性能测试表明：Ag₂
S的引入使光响应范围扩展至2500 nm，电化学阻抗降低65.8%，光致发光强度减弱证实Z型异质结有效抑制了电子-空穴复合。可见光下Ag₂
S-TB的乙烯降解速率常数达9.54×10^?4
min^?1
，较纯TiO₂
提升591.30%。

协同机制研究发现：rGO通过π-π相互作用增强乙烯吸附，淀粉网络促进气体传质。当Ag₂
S-TB负载量为3.0%(内掺杂)+1.5%(表面)时，全光谱下吸附-光催化协同效率达40.75%，较单纯光催化提升22.3%。

该研究通过精准设计Z型异质结与三维载体，首次实现了从紫外到近红外的全光谱乙烯降解。Ag₂
S QDs的窄带隙(1.0 eV)特性突破了传统光催化对近红外光的利用瓶颈，而淀粉/rGO气凝胶解决了粉体催化剂分散性与回收难题。这种"吸附-光催化"协同体系为开发低成本、高效率的果蔬保鲜技术提供了新思路，对减少食品采后损失具有重要实践价值。特别值得注意的是，该工作将农业废弃物(淀粉)与高附加值材料(rGO)创新结合，体现了绿色可持续发展的设计理念，为功能性农业材料的开发树立了典范。