1. 文章信息（xī）

標題：Fabrication of Bi/BiPMo12O40 composite with enhanced photocatalytic activities for Cr(VI) reduction and tetracycline degradation

中文標題：製備Bi/BiPMo12O40複合材（cái）料用於增強的（de）還原Cr(VI)和降解四（sì）環素光催化活（huó）性

頁碼：  107728  

DOI：  10.1016/j.mssp.2023.107728               

2. 文章鏈接

https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107728

3. 期刊信息

期刊名： Materials Science in Semiconductor Processing  

ISSN：  1369-8001  

2023年（nián）影響因子：4.1

分區信息： 中科院三區（qū）；JCR分區（Q2） 

涉及研究方向： 化學研究的各個領（lǐng）域  

4. 作者信息（xī）：第一作者是  石洪飛（fēi）副教授（shòu）（吉林化工學院）。通訊作者為  石洪飛副教授、李建平講師、陳哲教授（shòu）（吉林化工學院）、王衛東教授（梧州學院）。

5. 氙燈光源（yuán）型號：北京香蕉视频污视频（CEL-HXF300, Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）； 

6. 文章簡介：

將光催化技術應用於廢（fèi）水汙染物的去除，代表著解決環境汙染危機的理想途徑。然而，設（shè）計高效、可循環和多功能的（de）光催（cuī）化劑一直（zhí）是（shì）一個巨大挑戰。本研究通過水熱法成功（gōng）製備了x wt% Bi/BiPMo12O40（x = 0.5、1.0、2.0和3.0）複合材料，並使用各種（zhǒng）技術方法進行了表征。這些複合材料（liào）展現出（chū）了增（zēng）強（qiáng）和持久的光催化活性，可用於去除（chú）各（gè）種汙（wū）染（rǎn）物。具體（tǐ）而言，1.0% Bi/BiPMo12O40在可見光（λ＞420 nm）下表（biǎo）現出最（zuì）佳性能，分別可去除89.33%的Cr(VI)、77.5%的TC和（hé）97.5%的MO。此外，作者詳細（xì）研（yán）究了Cr(VI)濃度、催化劑（jì）用量（liàng）、溶液pH值、水質和無機陰離子對Cr(VI)還（hái）原的影響。同時，通過HPLC-MS鑒定了TC的降解產物，並建立了可行的降解途徑。通過QSAR預測對中間產物進行了毒性評估。優異的催化活性可以歸因於（yú）增強的可見光吸收、提高（gāo）的（de）BET比表麵積（jī）和光生載流子的高效分離。捕獲實驗和ERS測試（shì）驗證了Cr還原（yuán）（·O2-和e-）和TC降解（·O2-、·OH和h+）過程的主要活（huó）性物質。最終，作者提出了合理的（de）光催化機製。這項工（gōng）作為（wéi）設計和構（gòu）建高效耐用的多酸基催化劑用於環境改善提供了合理（lǐ）的策（cè）略。

本文（wén）亮點：

1、本工作通（tōng）過水熱法製（zhì）備了Bi/BiPMo12O40複合材料，在可見光催化去除汙（wū）染物方麵（miàn）表現出良好的活性。

2、詳細研（yán）究了在光催化降解過程中（zhōng），催化劑（jì）用量、汙染物（wù）濃度、pH、溫度、不同水質（zhì）和不（bú）同陰離子的影響。

3、用高效液相色譜-質譜法研究TC可（kě）能的降解途徑，通過QSAR預測評價TC降（jiàng）解中間體的毒性。

圖文解析：

圖1. 材料（liào）合成示意（yì）圖

BiPMo12O40材料是（shì）通過常規合成方法製備的，然後經過水熱（rè）處理過程製得Bi/BiPMo12O40材料（liào）。首（shǒu）先，依次將Bi(NO3)3·5H2O和H3PMo12O40·xH2O加入去離子水中，60 ℃攪拌2 h，然後在110 ℃幹燥6 h，得到BiPMo12O40材料。隨後（hòu），製備好的BiPMo12O40和不（bú）同量（liàng）的Bi(NO3)3·5H2O分散到乙二醇中，乙二醇充當還原劑。經過超聲和攪拌6 h後，將混合物放（fàng）入50 mL高壓釜（fǔ）中（zhōng），在180 ℃下加熱10 h，製（zhì）得（dé）Bi/BiPMo12O40材（cái）料。 

圖2. 掃描電鏡、透射電鏡以及元素（sù）分布照片

通過掃描電子顯微鏡、透（tòu）射電子顯微鏡評估了所得樣品的形態和粒徑。這些Bi/BiPMo12O40樣品由BiPMo12O40納米球和Bi納（nà）米顆粒組（zǔ）成，Bi納米顆粒均勻分布（bù）在BiPMo12O40納（nà）米球表麵。BiPMo12O40和（hé）Bi的尺寸範圍分別為500 ± 100 nm和140 ± 40 nm。並且發現了0.285 nm和0.194 nm的晶格間距，分別與（yǔ）BiPMo12O40的(225)麵和Bi的(021)麵一致，確認了這（zhè）種複合（hé）材料（liào）中BiPMo12O40和Bi的共存。元素映射圖像用於驗證所（suǒ）得樣品的元素組成。清晰地觀察到Bi、P、Mo和O元（yuán）素在1.0% Bi/BiPMo12O40樣品中均勻分散，進一步確認了成功構建了這種複合材料。

圖3. 反應性（xìng）能評價

作者通過還原Cr(VI)來（lái）評估各種材料的催化性能。沒有催化（huà）劑時，僅（jǐn）有9.79%的Cr(VI)被還原，而在可見光照射下，純BiPMo12O40的還原率僅為53.11%。在沉（chén）積Bi納（nà）米顆粒之後，Bi/BiPMo12O40的（de）催化能力顯著提高，其中，1.0% Bi/BiPMo12O40表現出最（zuì）佳的光還原活性，還原率達到（dào）89.33%。Bi/BiPMo12O40的光催化活性隨著Bi納米粒子沉積逐漸（jiàn）增強，表明Bi金屬粒（lì）子的SPR效應發揮了重要作用。此外，研究了（le）不同因素對Cr(VI)還（hái）原的影響（xiǎng），包括pH值、Cr(VI)濃度、催化劑量、無機離子和水質（zhì）。

圖4. 降解路徑及毒性評估

采用（yòng）了高效液相色譜質譜聯用（HPLC-MS）技術來研究TC降解過（guò）程中的中間體。隨著反應的進行，最後，所有降（jiàng）解中間體都被氧化為小分子、CO2 和H2O。

隨著TC的降解（jiě），產生（shēng）了有毒（dú）的中間體，必須考慮它（tā）們的（de）毒性。借助定量構效關係（QSAR）模型，使用毒性（xìng）評估軟件工具對TC及其降解中間（jiān）體的發育毒性、致突變性、生物富（fù）集和急性毒性進（jìn）行（háng）了評估。光降解的大多數中間體低於TC的毒性，而且大多數（shù）中間體是低毒性和非毒性化學品，反映出光降解後TC的急性毒性顯著降低。因此，可以成功應用以Bi/BiPMo12O40為催化（huà）劑的光催化技術來消除對（duì）人類有害的微生物。

圖5. 反應機理示意圖（tú）

在可見光照射下，BiPMo12O40和Bi都被光激發。電子從BiPMo12O40的VB光激發到其CB，在VB中留下空穴（xué）。與此同時，由於表麵（miàn）等離子共振（SPR）效應在（zài）Bi NPs中產生了大量熱電子。由於（yú）肖特（tè）基結存在，BiPMo12O40 CB上的電子被轉移到Bi NPs。之後，它（tā）們和來自Bi的熱電子與O2反應產（chǎn）生·O2-。Cr(VI)還原（yuán）中，Bi NPs上的·O2-和電子（zǐ）可以將Cr(VI)還原為Cr(III)，而BiPMo12O40 VB中的（de）空穴參與與異丙醇的氧化反應（yīng）。Bi NPs上產生的·O2-可以轉化為（wéi）·OH自由基。然而（ér），BiPMo12O40 VB中產生的空穴（xué）無法氧化OH-和H2O以產生（shēng）·OH，因為BiPMo12O40的VB值相對（duì）於·OH/OH-（2.38 V）和·OH/H2O（2.27 V）來說更（gèng）少正極化。因（yīn）此，BiPMo12O40的空穴直接氧化了TC，從ESR測試和捕獲實驗的結果來（lái）看。最終，TC分子通過·O2-、h+和·OH得以有效（xiào）降（jiàng）解。

總（zǒng）結（jié）與（yǔ）展望：

在（zài）這項研究中，我們開發了一種（zhǒng）新（xīn）穎的方法，用於簡單合成非貴金屬Bi納米顆粒沉積的（de）BiPMo12O40納（nà）米球光催化劑。所得的Bi/BiPMo12O40複合材料在可（kě）見光下表現出卓越和持久（jiǔ）的光催化活性，可用於去除Cr(VI)、TC和MO，具有極高的光穩定性和可（kě）重（chóng）複使用性。這一出色的催化性能歸因於比（bǐ）表麵積的增加（jiā）、可（kě）見光吸（xī）收的增強，以及光誘導載體的高效分（fèn）離。催化機製表明，BiPMo12O40和Bi之間（jiān）存在協同效應，Bi NPs的（de）SPR效應形成強烈的局部電磁場，為Bi/BiPMo12O40複（fù）合材料中的光誘導電子和空穴的分離效率提供了額外的促進。此外，采用HPLC-MS技術鑒定了TC的降解（jiě）中間體，提（tí）出（chū）了可能的降解途徑。通過（guò）QSAR預測評估了中間體的毒性。捕獲實驗和ERS測試證實了在（zài）Cr還原（yuán）（·O2-和e-）和TC降解（·O2-、·OH和h+）中涉（shè）及的主要活性物質。這（zhè）項工作為開發和製（zhì）備多酸基材（cái）料用於（yú）處理（lǐ）環境汙染物提供（gòng）了新的見解（jiě）。