在科學(xué)院“百人計劃”項目和自然科學(xué)基金支持下，科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所能源與環(huán)境納米催化材料課題組在半導(dǎo)體光催化納米材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計及晶面調(diào)控方面取得系列進展。

半導(dǎo)體光催化材料的設(shè)計合成及晶面調(diào)控成為目前光催化研究領(lǐng)域的熱點，然而目前所報道的此類異質(zhì)材料由于自身形貌及結(jié)構(gòu)缺陷普遍具有較低的光生電荷分離效率及可見光催化活性。因此如何設(shè)計、制備具有電子-空穴分離結(jié)構(gòu)的光催化納米材料，并實現(xiàn)對其高活性晶面的可控合成已經(jīng)成為目前急需解決的科學(xué)難題。

前期，該研究小組設(shè)計構(gòu)建了一種項鏈狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑—金屬Ag納米線/Ag₃PO₄立方體異質(zhì)光催化劑，即在Ag納米線表面選擇性外延生長尺寸、形貌及數(shù)量可控的具有{100}面的Ag₃PO₄立方體，此種結(jié)構(gòu)由于具有高的光生載流子分離及傳導(dǎo)效率，實現(xiàn)了高的光催化活性（J. Mater. Chem. 2012,22,14847）。在后續(xù)工作中通過簡單調(diào)控Ag₃PO₄立方體溶液中氨水的濃度，實現(xiàn)了葡萄糖對銀離子在Ag₃PO₄立方體棱邊及{100}晶面的選擇性還原生長，并對其生長機理及光催化活性進行了系統(tǒng)的研究（Chem. Eur. J. 2012,18,14272）。在制備了具有{100}晶面的Ag₃PO₄立方體的基礎(chǔ)上（Chem. Commun. 2012,48,3748），該研究小組進一步通過雙氧水氧化銀片的方法，合成出了具有{111}晶面的Ag₃PO₄四面體，與{100}晶面相比，由于{111}具有更高的晶面能及更多的表面缺陷，從而使Ag₃PO₄四面體具有比Ag₃PO₄立方體更出色的可見光催化活性（J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 2387）和 (Phys. Chem. Chem. Phys.2012,14,14486-14488)。

近，研究人員利用在Au@Ag納米棒表面選擇性外延生長Ag₃PO₄的方法，成功制備了具有{221}和{332}高指數(shù)晶面的Ag₃PO₄二十四面體結(jié)構(gòu)。除目前已經(jīng)報道的面心立方的貴金屬二十四面體結(jié)構(gòu)外，關(guān)于體心立方的半導(dǎo)體二十四面體異質(zhì)光催化材料的報道尚屬次。研究人員還利用密度泛函理論分別計算了{221}及{332}晶面的表面能，發(fā)現(xiàn)其具有比低指數(shù)晶面如{100}更高的表面能；此外由于高指數(shù)晶面具有更多的反應(yīng)活性位，可使Ag₃PO₄二十四面體結(jié)構(gòu)具有更高的可見光催化性能。該方法在半導(dǎo)體光催化領(lǐng)域具有高的通用性和實用性，為設(shè)計、合成具有高指數(shù)晶面的異質(zhì)半導(dǎo)體光催化材料開辟了一條新的途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在(Chem. Commun. 2013,49,636)。