1. 文章信息

標（biāo）題：Boosted Photocatalytic Performance for Antibiotics Removal with Ag/PW12/TiO2 Composite: Degradation Pathways and Toxicity Assessment

中文標題： Ag/PW12/TiO2複合材料（liào）用於高效降解去除抗生素性能：降解途徑和毒性評估

頁碼：  6831  

DOI： 10.3390/molecules28196831               

2. 文章鏈接

https://doi.org/10.3390/molecules28196831

3. 期刊信息

期刊名： molecules 

ISSN：  1420-3049  

2023年（nián）影響因子：4.6 

分區（qū）信息： 中科院二區；JCR分區（Q2） 

涉及研究方向： 化學研究的各個領域  

4. 作者信息：第一作者（zhě）是  石洪飛副教授（吉林（lín）化工學院）。通訊（xùn）作者為  石（shí）洪飛副教授、李建平講師（吉林化（huà）工學院）。

5. 氙燈光源（yuán）型號：北京中（zhōng）教金源（CEL-HXF300, Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）； 

6. 文章簡介：

利用電紡絲/光還（hái）原策略製（zhì）備了一係列（liè）多金（jīn）屬氧酸鹽（yán）（POMs）[H3PW12O40]（PW12）摻雜的二氧化鈦（TiO2）納（nà）米纖維，經過（guò）不同量的（de）銀（Ag）納米（mǐ）顆粒（NPs）修飾，分別標記為x wt% Ag/PW12/TiO2（簡稱x% Ag/PT，x = 5、10和15）。所製備的材（cái）料經過一（yī）係（xì）列技術表征，表現出對可見光（guāng）降解四環素（TC）、恩諾沙星（ENR）和甲基橙（MO）具有顯著的催化活性。特別是， 10% Ag/PT催化劑具有最佳的光降（jiàng）解性能（néng），對TC達（dá）到78.19%的效率，對ENR達到93.65%的效率，對MO達到99.29%的效（xiào）率。此外，還詳細調查了影響（xiǎng）降解過程（chéng）的各（gè）種參數（溶液pH值、催化劑用量和TC濃度）。通過（guò）HPLC-MS測定展示了光降解中（zhōng）間體和（hé）途徑。我們還通過使用T.E.S.T.的毒（dú）性評估軟件工具，采用定量結構（gòu）-活性關（guān）係（QSAR）預測，調查了TC去除期（qī）間生成的產物的毒性。機理研（yán）究表明，PW12的摻雜和Ag NPs對TiO2的修（xiū）飾（shì）擴寬了可見光吸收範圍，加速了光生載體的有效分離，從而提高了光催化性能。這項研究為開發高效耐用的環境修複（fù）光（guāng）催化劑提供了一些新思路（lù）。

本文亮（liàng）點：

1、本工作采用電紡絲/光還原法（fǎ）製備了Ag/PW12/TiO2的催（cuī）化劑（jì），實現（xiàn）高效（xiào）光催化降解汙染物。

2、詳（xiáng）細研究了在光催（cuī）化（huà）降解過（guò）程中，催（cuī）化劑用量、汙染物濃度、pH的影響。

3、采用高效液相色譜-質譜（pǔ）法研（yán）究了TC的降解途徑，通過QSAR預測對TC降解產物的毒性進行評價。

圖文解析：

圖1. 材（cái）料合成示意圖

作者采（cǎi）用電紡/光還原方法製備了Ag/PT複合納米纖維。首先，采用電紡絲/焙燒法合成PT納米纖（xiān）維。首先，PVP溶於無水乙（yǐ）醇、乙酸和（hé）鈦丁酸四丁酯的（de）混合物中並攪拌1 h。然（rán）後加入PW12並攪拌直（zhí）至完全溶解。均勻的前體（tǐ）溶（róng）液經靜（jìng）電紡絲操作後經焙燒製備PT納米纖維。其次，采用光還原方法在PT納米纖（xiān）維上修飾Ag納米顆粒。將PT納米纖維（wéi）粉末加入V水: V異丙醇=1:1的溶液中，超聲處理30 min，然後將溶液抽空（kōng），用300 W的氙燈全譜光照射1 h。然後加入AgNO3溶液並攪拌60 min。製備（bèi）了（le）Ag/PT複合材（cái）料。 

圖2. 掃描電鏡、透射電鏡以及元素mapping照片

PT納米纖維的微觀結（jié）構和形（xíng）貌如圖2所（suǒ）示（shì）。在550 °C焙燒後，納米纖維的表麵相對（duì）粗糙（cāo）且多孔，纖維直徑約（yuē）為80 ± 20 nm。掃描（miáo）和投射圖像，明顯地看出Ag NPs均勻地沉積在PT表（biǎo）麵，平均直徑為10 ± 5 nm。高分辨掃描電鏡圖像驗證了這些樣品中TiO2和Ag晶格的共存。元素分布圖像進一步表明了樣品（pǐn）中Ag、P、W、Ti和O元素的（de）均勻分布，證明了Ag/PT材料被成功製備。

圖3. 反應性能評價

    作者將製備的Ag負載多金屬氧酸鹽摻雜二氧化鈦複合材料應用於光催（cuī）化（huà）降解TC中。結果（guǒ）表明其具（jù）有良好（hǎo）的可見光催化活性，當TiO2、PT、Ag/TiO2作為光催化劑時，TC的降解率分別提高到14.0%、26.53%和43.52%，這意味著PW12摻雜或Ag NPs沉積在TiO2上提高了TC的（de）光降解效（xiào）率。同時10% Ag/PT的TC去（qù）除率進一步提高，為78.19%，Ag/PT的光催（cuī）化活（huó）性隨著Ag納米粒子含量增加而逐漸增強，表明Ag金屬粒子的SPR效應發（fā）揮了重要作用。除此（cǐ）之外，還探究了催化劑用量，汙染物濃度，pH降解TC的影響。

圖4. 降解路（lù）徑（jìng）

基於高效液相色譜-質譜對降（jiàng）解產物的鑒定，建立（lì）了可能的TC降解途徑。TC由兩條路（lù）徑，經逐步開環閉環等一係列反應。最終，中間體的（de）進一步降解可以產生CO2、H2O和無機離子等小分子。根據上述分析，可以推斷四環素的光催化降解涉及去酰胺化、脫羥基化和環（huán）開放反應（yīng）。

圖5. 毒性評估

我們使用毒性評估軟（ruǎn）件工具（T.E.S.T.）對TC及其12個中間體的毒（dú）性進行了QSAR預（yù）測。通過（guò）六種毒性對TC中間體進行（háng）評估，這些數據表明，通過光降解過程（chéng）降低（dī）了（le）TC的毒性，但某些降解中間體的毒性仍然存在。因此，延長降解時間，使TC完全分解為（wéi）CO2和H2O，進（jìn）一步降低光降解過程中的毒性是至關重要的。

圖6. 反應（yīng）機理示意圖

在可見光照射下，PT被光激發以產生電子和空穴。同時，由於Ag NPs的表麵等離子共振（SPR）效應，產生了大量（liàng）的熱電子。作為電子陷阱的Ag NPs能夠有效地捕獲（huò）PT的導帶上的光誘導電子，而由Ag0建立的（de）肖特基勢壘則促進了SPR激發（fā）電子的轉移，進一步加速了電荷分離。Ag NPs上的這些電（diàn）子與O2反應，形成·O2-參與氧化反應。此外，PT中的光誘導空穴直接氧化TC，根據ESR測量結果和捕獲實驗的（de）結果。最終，在h+和·O2-活性物種的幫助下，TC得到了（le）有效去除。

總結與展望：

本（běn）研究采用電紡絲/光還原方法構建了一種新型（xíng）Ag/PT複合材料（liào），該材料在降解TC、ENR和（hé）MO方（fāng）麵表現出卓越的光催化活性。機理研究結果顯示，其卓越的催化性質可（kě）以歸因於以下（xià）兩個原（yuán）因：（1）PW12對TiO2的摻（chān）雜可以提高可見光譜的利用率和二氧化鈦的氧化（huà）還原反應活性；（2）貴金（jīn）屬Ag具有局部表麵等離子共振效應，可以提高陽（yáng）光的（de）利用率並產生更多的電荷載體。此外，局部表麵等離子共振效應將產生（shēng）高強度的小範（fàn）圍電磁場，大大提高（gāo）了光生電子-空穴對的分離速（sù）率。此外，通過HPLC-MS揭示了降解中間體和途徑。還使用QSAR預測研究了TC降解產物的毒（dú）性。本研究為開發高效穩定的環境治理催化劑提供（gòng）了新的思路。