曹珍珠教授课题组在“压电-光催化降解有机污染物方面”取得重要进展

工业染料废水的排放严重污染了人类赖以生存的水环境。如何高效低成本处理染料废水已经成为人们必须面对的问题。常见的光催化降解染料的效率受到可见光利用不足以及电子和空穴复合的限制。将光催化与压电电效应耦合可以明显的提高材料的催化性能。常见的压电材料带隙较宽，体内自由电荷的浓度极低。如何提高压电材料的可见光响应来增加自由载流子的浓度仍然是一个挑战。AgNbO₃具有可见光响应，但是其微弱的铁电性限制了压电催化与光催化的耦合作用。

近期，8040威尼斯曹珍珠教授、西安邮电大学贾艳敏教授及西安电子科技大学彭彪林教授团队合作通过合成反铁电-铁电相界组成 (1−x)AgNbO₃–xLiTaO₃固溶体（见图1），增强了AgNbO₃基固溶体压电和铁电性，明显提高了其可见光压电催化活性。在超声波和可见光的共同作用下，0.95 AgNbO₃-0.05LiTaO₃催化剂快速降解罗丹明B（见图2）。该固溶体的压电光催化降解速率常数是铌酸银的3.2倍。同时其压电光催化降解速率分别比单独的压电催化和单独光催化提高了16.54和2.19倍。研究表明协同压电性、铁电畴结构与合适的能带结构是提高材料压电可见光催化活性的有效方法（见图3）。该研究为高性能压电-光催化材料的设计合成提供了新的思路。

图1(a) x-ANLT固溶体X射线衍射图，(b)44º-47º和56º-59º X射线衍射图，(c)0.05-ANLT的X射线衍射全谱拟合结果 (d) x-ANLT固溶体晶胞参数变化

图2(a) x-ANLT压电光催化活性;(b)0.05-ANLT不同催化活性的比较;(c)x-ANLT在光和超声波激发下的降解速率常数;(d)0.05-ANLT的液体UV-Vis结果;(e) 0.05-ANLT的压/光双催化降解不同有机染料;(f)不同有机染料的降解速率常数

图3 x-ANLT的压电-光双催化机理

该工作获得国家自然基金（51562029和21762031）、内蒙古教育厅创新团队（NMGIRT2214）、内蒙古科技英才计划（NJYT-17-A08）、“草原英才”工程（CYYC-10031）等项目经费支持。相关研究成果近日发表在国际材料领域知名期刊Journal of Advanced Ceramics上(Journal of Advanced Ceramics, 11 (2022) 1641-1653，中科院SCI期刊分区1区，top期刊，2021年影响因子IF = 11.543）。论文第一作者为2019级硕士生贺图峰，第一通讯作者为8040威尼斯曹珍珠教授，共同通讯作者为西安邮电大学贾艳敏教授及西安电子科技大学彭彪林教授。