等离子体金纳米颗粒修饰MIL-125-NH2(Ti)/Ag3PO4 Z型异质结：光催化NO去除与产氢双功能协同机制研究

为解决化石能源过度消耗导致的NO污染和能源危机问题，研究人员通过构建等离子体金纳米颗粒（Au NPs）修饰的MIL-125-NH2(Ti)/Ag3PO4 Z型异质结（ANMAg），实现了76.31%的NO去除率和2.94 mmol·g?1·h?1的产氢速率，其性能分别为单一材料的3.46倍和6.39倍。该研究为环境治理与清洁能源生产提供了新型双功能催化剂设计策略。

　　

化石能源的过度使用不仅导致雾霾和酸雨等环境问题，还加剧了全球能源危机。其中，氮氧化物（NO）作为主要大气污染物，会引发光化学烟雾和温室效应，而氢能因其绿色可持续的特性成为理想替代能源。光催化技术虽能同步解决污染治理和能源生产问题，但传统催化剂存在可见光响应范围窄、光生载流子复合率高等瓶颈。如何设计兼具高效环境净化和能源转化能力的双功能材料，成为当前研究的关键挑战。

针对这一难题，重庆某高校的研究团队在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》发表了一项创新研究。他们巧妙地将具有局域表面等离子体共振效应（LSPR）的金纳米颗粒（Au NPs）引入钛基MOFs材料MIL-125-NH₂(Ti)，并与Ag₃PO₄构建Z型异质结，成功开发出新型复合材料ANMAg。该材料通过Au NPs的"电子桥梁"作用和异质结能带调控，实现了光催化性能的显著提升。

研究采用葡萄糖还原法原位合成Au NPs，确保其在MOFs中的均匀分散；通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（HRTEM）证实了材料的晶体结构和界面结合；结合原位X射线光电子能谱（XPS）和密度泛函理论（DFT）计算揭示了电荷转移路径。实验还利用电子自旋共振（ESR）和原位傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析了NO降解机制。

主要研究结果

1. 材料表征：XRD显示引入Au NPs未破坏MIL-125-NH₂(Ti)的晶体结构，HRTEM观察到0.23 nm晶格条纹证实Au NPs的成功负载。紫外-可见漫反射光谱显示ANMAg在550 nm处出现Au NPs特征吸收峰，可见光吸收范围扩展至650 nm。

2. 性能提升：ANMAg的NO去除率（76.31%）和产氢速率（2.94 mmol·g^?1·h^?1）分别达到原始MOFs的3.46倍和6.39倍。表观量子产率（AQY）和太阳能-氢能转换效率（STH）证实其优异的光能利用率。

3. 机制解析：PL光谱和电化学阻抗（EIS）表明异质结使电荷分离效率提升3倍以上。DFT计算显示Ag₃PO₄导带电子通过Au NPs转移至MIL-125-NH₂(Ti)价带，形成Z型传输路径，既保留强氧化还原能力，又抑制载流子复合。

4. 降解路径：ESR检测到·O₂^?和·OH活性氧物种，结合FT-IR推断NO最终转化为NO₃^?。Au NPs的LSPR效应通过增强局部电场促进ROS生成，加速污染物降解。

这项研究通过将等离子体效应与异质结设计相结合，创制出能同步处理环境污染物和生产清洁能源的双功能光催化剂。其重要意义在于：① 为MOFs基材料的功能化改造提供新思路；② 阐明Z型异质结与LSPR效应的协同增强机制；③ 推动光催化技术在实际环境治理和能源生产中的集成应用。该成果对实现"污染治理-能源再生"一体化解决方案具有重要参考价值。