AgI量子点协同双Z型异质结AgI/WO3/V2O5光催化剂的高效降解与抗菌性能研究

针对有机染料污染和细菌耐药性问题，研究人员通过构建AgI量子点修饰的双Z型异质结AgI/WO3/V2O5光催化剂，实现了20分钟内98.6%的RhB降解率及60分钟完全灭菌效果。该研究为开发高效可见光驱动环境修复材料提供了新策略。

　　

在21世纪工业高速发展的背景下，染料废水排放和抗生素滥用导致的水体污染已成为严峻的生态挑战。有机染料中的芳香胺难以降解，不仅破坏水生生态系统，还会通过食物链引发人体过敏、免疫失调甚至致癌。与此同时，传统杀菌方式如氯化处理易产生耐药菌株。尽管半导体光催化技术（如TiO₂）能利用太阳能分解污染物，但其宽禁带（约3.2 eV）导致可见光利用率不足。这促使科学家们探索新型窄带隙材料，其中V₂O₅（2.0 eV）虽具有优异的可见光响应，却因电子-空穴复合率高而受限。

针对这一难题，吉林大学的研究团队创新性地设计出AgI量子点协同的双Z型异质结AgI/WO₃/V₂O₅复合材料。该研究通过水热法-高温固相法-室温沉淀法联用技术，成功将AgI量子点（2-10 nm）均匀分布在WO₃/V₂O₅层间，构建了独特的电荷传输通道。紫外-可见光谱显示，该复合材料将光吸收边扩展到650 nm，较单一组分显著拓宽。光致发光光谱（PL）证实其电子-空穴分离效率提升3.8倍，电化学阻抗降低72%。

关键实验技术

研究采用X射线衍射（XRD）确认晶体结构，透射电镜（TEM）观测量子点分布，紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）分析光吸收性能，电化学工作站测试电荷分离效率，并选用罗丹明B（RhB）和大肠杆菌（E. coli）分别评估降解和抗菌性能。

研究结果

1. 结构表征：XRD显示AgI/WO₃/V₂O₅成功保留三方晶系V₂O₅（JCPDS 41-1426）和单斜WO₃（JCPDS 43-1035）特征峰，TEM证实5 nm AgI量子点均匀分散。

2. 光催化性能：在可见光下20分钟降解98.6% RhB，速率常数达0.154 min^-1，远超已报道V₂O₅基材料。

3. 抗菌机制：60分钟光照后细菌存活率趋近于零，活性氧（ROS）检测表明·O₂^-是主要杀菌物质。

4. 机理验证：通过捕获实验证实双Z型异质结使电子富集于AgI导带（-0.42 eV），空穴聚集于V₂O₅价带（+2.38 eV），协同量子点效应促进电荷分离。

结论与意义

该研究通过能带工程和纳米结构设计，首次实现V₂O₅基材料在20分钟内完成染料高效降解，其性能突破源于：① 量子点增大反应比表面积；② 双Z型异质结优化氧化还原位点分布；③ AgI敏化拓宽光响应范围。发表于《Journal of Alloys and Compounds》的成果不仅为复杂污染物协同治理提供新思路，更拓展了钒酸盐材料在环境修复中的应用边界。未来通过调控量子点尺寸和异质结比例，有望进一步推动太阳能驱动的水处理技术产业化。