铁（氢）氧化物矿物（如水铁矿、赤铁矿、针铁矿等）广泛分布于大气、土壤、沉积物及等地表系统中，对地表关键带的分布起着重要的作用。铁（氢）氧化物矿物是天然的异相芬顿催化剂，能活化H2O2产生·OH，影响着自然界中污染物的迁移和转化。其中，水铁矿（Fh）是铁离子水解首先形成的羟基氧化物矿物，是一种普遍存在于地表环境中的典型纳米矿物，具有粒径小（2-6 nm）、比表面积大（~300 m2/g）、表面羟基位点多、反应活性强等特点。因此，相较于大多数的铁（氢）氧化物矿物，Fh在活化H2O2产生·OH过程中表现出更大的潜力。然而，与众多异相芬顿体系相同，Fh体系同样存在Fe(III)还原速率慢和H2O2有效利用率低两大限制异相芬顿反应活性的关键问题。Fh在低pH下容易出现溶解，降低了其稳定性；在高pH下Fh活化H2O2产生非活性氧物种，降低了H2O2的有效利用率。因此，尽管Fh在异相芬顿催化反应中具有很好的发展前景，但如何提高其在低pH下的稳定性、提高其在高pH下的催化活性和加快Fe(III)的还原等仍然需要进一步去探索解决。
研究表明，在可见光下，Ag纳米颗粒具有的表面等离子共振效应能使其被可见光激发产生电子，产生的电子能注入到异相芬顿催化剂中，实现了异相芬顿催化剂中Fe(III)/Fe(II)的氧化还原循环。然而，单独合成的Ag纳米颗粒容易聚集成大颗粒，抑制了Ag纳米颗粒的表面等离子共振效应和其产生的光生电子-空穴对的分离。因而，大量的研究集中在用直接光沉积的方法还原AgCl表面的Ag+形成Ag纳米颗粒与AgCl复合的催化材料（Ag/AgCl）。研究表明，在可见光下，Ag纳米颗粒能产生电子和空穴，而AgCl因其带隙较宽（约为3.25 eV），导致其不能被可见光激发产生电子-空穴对。此外，Ag纳米颗粒产生的热电子的能量相较于其费米能级能高达1.0？4.0 eV，因此这部分热电子有足够的能量突破能级势垒跃迁到AgCl的导带中，极大地促进了Ag纳米颗粒电子-空穴对的分离。
中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室的朱雁平研究生以Fh作为载体，在其表面负载AgCl，随后在紫外光照射下实现AgCl表面光沉积出Ag纳米颗粒，得到了Ag/AgCl/Fh光助芬顿催化材料。研究发现，Ag/AgCl/Fh中的Ag纳米颗粒通过表面等离子共振效应，产生光生电子，并注入Fh中加快Fe(III)的还原，其中的AgCl能抑制Ag纳米颗粒产生的光生电子-空穴的复合，实现光生电子的高效产出（如图1所示）。在Ag纳米颗粒和AgCl的协同作用下，有效提高了Fh中Fe(III)的还原速率，促进H2O2分解产生活性氧物种，显著地增强了芬顿催化活性。其中，6%Ag/AgCl/Fh的Kapp约为0.0506 min-1，是Fh（0.0093 min-1）的5.1。
此外，所制备Ag/AgCl/Fh复合催化剂受溶液酸碱度限制小，能在较宽pH范围内发挥良好的催化活性。
该研究得到国家自然基金（41572031，41322014，21177104）、国家青年拔尖人才支持计划、广东省青年拔尖人才支持计划（2014TQ01Z249）和CAS/SAFEA创新研究团队国际合作计划（20140491534）的支持，研究成果论文已发表在Applied Surface Science上。
论文信息：Zhu Yanping, Zhu Runliang, Zhu Gangqiang, Wang Miaomiao, Chen Yannan, Zhu Jianxi, Xi Yunfei, He Hongping. Plasmonic Ag coated Zn/Ti-LDH with excellent photocatalytic activity [J]. Applied Surface Science, 2018, 433: 458-467.
链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433217328842
图1 Ag/AgCl/Fh体系中可能的光芬顿催化机理图