La^(3+)诱导Ag_(10)Si_(4)O_(13)载流子定向分离增强光催化活性和稳定性OA

通过溶胶–凝胶法制备了系列La^(3+)掺杂Ag_(10)Si_(4)O_(13)纳米光催化剂。采用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、电子顺磁共振波谱等表征方法结合密度泛函理论(DFT)计算,系统探究了La^(3+)掺杂对光催化剂组成、晶体结构、微观形貌及光电性能的调控机制。以盐酸四环素(TCH)为目标污染物,研究了La^(3+)掺杂对TCH光催化降解性能的影响规律和促进机理。结果表明:La^(3+)取代Ag+进入Ag_(10)Si_(4)O_(13)晶格引发晶格畸变(晶胞体积变化率最大为1.06%),优化铁电内建电场,并在Ag_(10)Si_(4)O_(13)表面诱导生成少量Ag单质形成Ag/Ag_(10)Si_(4)O_(13)肖特基结。二者协同作用从晶体内部到表面同时控制载流子传输路径,驱使h^(+)在Ag_(10)Si_(4)O_(13)表面聚集、e^(–)在单质Ag上富集,有效提高载流子分离效率,实现降解率和抗光还原能力的显著提升。La 5d态电子注入导带形成施主能级,使材料带隙从1.82 eV降至1.72 eV,功函数降低0.17 eV,大幅拓宽光响应范围到683 nm,载流子密度增加。1%(质量分数)La^(3+)掺杂样品对TCH的降解率达到90%(k=0.03104 min^(-1)),较未掺杂体系效率提升15%,速率提升20%,且5次循环后活性保持率>90%,材料组成趋于稳定;自由基捕获实验表明h+是光催化反应的主要活性物种,·O_(2)^(–)和·OH起协同作用。