众所周知，石墨烯作为一种单层碳原子SP²杂化的二维材料，具有极高的电子迁移率、比表面积、透光性以及化学稳定性等，其在纳米结构半导体光催化材料中的应用极其广泛。因此，利用石墨烯作为桥接层来桥接ZnO 纳米颗粒（nano-particles，NPs与TiO₂纳米棒阵列(TiO₂ nano-rod array, TNRA)可以有效解决两相光催化剂在实际应用中的各种问题，其主要原因如下：1）桥接层状的石墨烯不仅可以成为ZnO NPs与TiO₂NRA的光生电子受体，还能加速光生电子的转移，有效分离了异质结构中光生电子空穴对，并延长光生电子空穴对的寿命，进而增强异质结构的光催化活性。2）石墨烯较大的界面接触面积与表面积，一方面使得ZnO NPs、TiO₂NRA与桥接层状的石墨烯结合良好，另一方面为光催化反应提供了大量的反应活性位点。3）石墨烯独特的光敏特性，使得其在异质结构中与ZnO NPs、TiO₂NRA产生相互作用，极大程度增强异质结构对可见光的吸收。4）均匀分布的石墨烯不仅为ZnO NPs提供了大量形核位点，还有效避免了ZnO NPs因高活性的表面状态而出现的团聚效应。5）复合结构中的石墨烯对其表面ZnO NPs的光腐蚀效应会产生有效的抑制作用。因此，将石墨烯作为桥接层不仅能进一步提高TiO₂ NRA/ZnO NPs光催化材料的反应活性，还能提高其光催化稳定性。

武汉大学物理科学与技术学院潘春旭教授课题组近年来在国家重大科学研究计划（973）项目的资助下，致力于纳米光催化材料的研究与应用。最近，博士研究生王中驰等人以水热法制备的1D TiO₂纳米棒阵列 (TiO₂ nano-rod array, TNRA) 作为支撑，通过在其表面进行旋涂2D GO (氧化石墨烯) 后利用CVD继续沉积0D ZnO纳米颗粒，制备出了一种层状 TiO₂NRA/RGO/ZnO三相异质结构光催化剂。其中，RGO以桥接层的形式存在于TiO₂ NRA 与0D ZnO纳米颗粒之间。这种功能化结构的RGO不仅为ZnO纳米颗粒的生长提供了更多形核位点，还与光敏性较强的ZnO纳米颗粒相互作用产生对可见光的界面散射效应，使得三相异质结构对可见光的吸收显著增强。此外，1D TiO₂纳米棒阵列与0D ZnO纳米颗粒所产生的光生电子可以通过桥接层状的RGO进行快速转移，有效提高了三相异质结构中光生电子空穴的分离效率。实验结果表明，与 TiO₂ NRA /ZnO以及 TiO₂ NRA/RGO相比，这种层状 TiO₂NRA/RGO/ZnO三相异质结构光催化剂具有优异的光催化性能，其对于有机染料的降解效率比两相 TiO₂ NRA /ZnO复合结构高出2.2倍。除开高的光催化性能， TiO₂ NRA /RGO/ZnO三相异质结构还表现出优良的光催化降解稳定性。因此，这种层状 TiO₂ NRA /RGO/ZnO三相异质结构有望在环境净化、光解水、产氢等领域展现出广阔的应用前景。

最近，论文已经发表在国际著名材料学刊物《Journalof Materials Science》（工程技术2区top，影响因子2.993）上。

论文链接：ZhongchiWang（王中驰）, Chengzhi Luo, YupengZhang, Youning Gong, Jun Wu, Qiang Fu, and Chunxu Pan: “Construction of hierarchical TiO2 nanorod array/graphene/ZnO nanocomposites for high-performance photocatalysis”, Journalof Materials Science, 2018－07－25Online.  

 ( https://doi.org/10.1007/s10853-018-2724-3) 

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