工业化的发展产生了大量含有各种有机染料的废水，对水生态系统有严重的影响，有机染料污染已成为一个严重的环境问题。染料废水包含了不可生物降解、高毒性和对生物有害的色素。因此，去除染料废水中有机污染物已成为一项具有挑战性的任务。以半导体材料为催化剂，利用绿色太阳能为能源来消除污染物的光催化技术，被认为是解决有机污染物的一种有前途和可持续的方法。BiVO₄具有较窄的带隙，被认为是最有前途的可见光光催化剂之一。但BiVO₄的光生电子-空穴对在体相中具有较低的迁移速率和较高的复合概率，导致其光催化活性较低。

鉴于此，我所研究团队提出从调控活性晶面和构筑异质结结构出发，通过光驱动和H₂O₂氧化法在单斜BiVO₄{040}（m-BiVO₄）上选择性生长四面体Ag₃PO₄{111}（t-Ag₃PO₄），制备m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄异质结光催化剂，从而提高BiVO₄的光催化活性（图1）。

图1 m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄异质结光催化剂的制备过程示意图

通过扫描电子显微镜（SEM）和EDS分析表征了m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄异质结光催化剂的形貌，表明其制备成功（图2）。在可见光照射下，以罗丹明B（RhB）为模拟污染物，当光催化剂用量为0.50 g/L时，m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄较其他材料表现出最佳的降解效率（30 min内几乎完全降解），40 min内TOC去除率为98.8%（图3）。

图2 BiVO₄（a）、Ag₃PO₄（b）、BiVO₄@Ag（c）、m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄（d）的SEM照片以及m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄的EDS分析（e）

图3 BiVO₄、Ag₃PO₄、BiVO₄@Ag以及BiVO₄@Ag₃PO₄在可见光照射对RhB的降解曲线，（b）准一级动力学曲线，（c）表观速率常数，（d）TOC去除率

m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄异质结光催化剂还具有优异循环降解能力和再生性能。其循环11次后，对RhB的降解效率仅降低了2.3%，为97.3%。在11次循环后对其进行再生操作，重复上述过程3次后，m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄异质结光催化剂对RhB的降解效率保持在60.5%（图4）。 

图4（a）m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄异质结光催化剂在可见光照射下的循环降解曲线，（b）m-BiVO₄@t-Ag₃PO₄异质结光催化剂在可见光照射下的再生循环降解曲线

本研究为构建形态可控和可见光持久催化的异质结光催化剂提供了一种很有前途的方法。该成果以《In-situ oxidation selective deposition of tetrahedral Ag₃PO₄{111} on monoclinic BiVO₄{040} with highly efficient visible light-driven photocatalysis and long recycling》为题在国际期刊《Journal of Environmental Chemical Engineering》上发表论文。本文第一作者是张文博副教授。马建中教授和张文博副教授为共同通讯作者。

文章信息：Wenbo Zhang*, Sichun Li, Mengru Yan, Li Li, Jianzhong Ma*, Jianing Wang, Chao Liu, Yan Bao. In-situ oxidation selective deposition of tetrahedral Ag₃PO₄{111} on monoclinic BiVO₄{040} with highly efficient visible light-driven photocatalysis and long recycling. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, 10(5),108418.