盐酸四环素(TC-HCl)是废水中常见的广谱抗生素,其残留对水生态系统和人体健康构成潜在威胁。Bi₂WO₆是可见光光催化剂,但其光生电子-空穴复合率较高,限制了其光催化效率。Ag/AgCl是一种经典的等离子体光催化剂,Ag纳米颗粒的表面等离子体共振(SPR)效应可以极大地增强可见光吸收并产生高能热电子。将Ag/AgCl与Bi₂WO₆复合,并通过能带匹配构建Z型异质结,可以发挥多重协同效应,实现高效的光生电荷分离和广谱的可见光吸收。
本研究中,Ag纳米颗粒被巧妙地用作固态电子介质,它既是SPR效应的载体,又在物理上桥接了Bi₂WO₆和AgCl,为Z型电荷转移提供了高速通道。在Z型路径下,Bi₂WO₆导带上还原能力较弱的电子,通过Ag传输,与AgCl价带上氧化能力较弱的空穴复合。这一过程保留了Bi₂WO₆价带上的强氧化性空穴和AgCl导带上的强还原性电子,并因Ag的导电桥梁作用极大地提升了界面电荷转移速率。UV-Vis DRS证实了Ag/AgCl/Bi₂WO₆在可见光区的吸收被Ag的SPR效应显著增强。
在可见光(>420nm)照射下,该复合催化剂对TC-HCl的降解速率是纯Bi₂WO₆的15倍,在90分钟内可将TC-HCl近乎完全矿化(TOC去除率>95%)。自由基捕获和ESR实验表明,·O₂⁻和h⁺是降解TC-HCl的主要活性物种,完美印证了Z型机理。经过5次循环使用,催化剂的活性和结构保持稳定。该研究成功构建了以Ag纳米颗粒为固态电子桥的全固态等离子体Z型异质结,为设计兼具高效光吸收和卓越电荷分离性能的光催化剂提供了清晰的思路,在光催化水处理领域具有重要的应用前景。