1. 文章信息

標題：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（cái）料用於高效降解去除抗生素性能：降解途徑和毒性評估

頁（yè）碼：  6831  

DOI： 10.3390/molecules28196831               

2. 文章鏈接

https://doi.org/10.3390/molecules28196831

3. 期刊信息

期（qī）刊名： molecules 

ISSN：  1420-3049  

2023年影響因（yīn）子：4.6 

分區信（xìn）息： 中科院（yuàn）二區；JCR分區（qū）（Q2） 

涉及研究方向： 化學研究的各個領域  

4. 作者信息：第一作者是  石洪飛副教授（吉林化工學院）。通訊作者為  石洪飛副教授、李建平講師（吉林化工學院）。

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

6. 文章簡介：

利用電紡（fǎng）絲/光還原策略製備了一係列多金屬氧酸（suān）鹽（POMs）[H3PW12O40]（PW12）摻雜的二（èr）氧化鈦（TiO2）納米纖維（wéi），經過不同量的（de）銀（Ag）納米顆粒（NPs）修飾，分別標記（jì）為x wt% Ag/PW12/TiO2（簡稱x% Ag/PT，x = 5、10和15）。所（suǒ）製備的材料經過一係列技術表征，表現出對可見光降解四環素（TC）、恩諾（nuò）沙星（ENR）和甲基（jī）橙（MO）具有顯著的催（cuī）化活性。特（tè）別是， 10% Ag/PT催化劑（jì）具有最佳的光降解性能，對TC達到78.19%的效率，對（duì）ENR達到93.65%的效率，對MO達到99.29%的效率。此外，還詳（xiáng）細調查了影響降解過（guò）程（chéng）的各種參數（溶（róng）液pH值、催化劑用量和TC濃度）。通過HPLC-MS測定展示了光（guāng）降解中間體和途徑。我們還通過使用T.E.S.T.的毒性評估軟件工具，采用定量結構-活性關係（QSAR）預測，調（diào）查了TC去除期間生成的產物的（de）毒性。機理研究表明，PW12的摻雜（zá）和Ag NPs對TiO2的修飾擴寬了可見（jiàn）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光催化劑提供了一些新思（sī）路。

本文亮點：

1、本工作采用電紡絲/光還原法製（zhì）備了Ag/PW12/TiO2的催化劑，實現高效光催化降解汙染物。

2、詳細研究了在光催化降解過程中，催化劑用量、汙染物濃度、pH的影響。

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

圖文解（jiě）析（xī）：

圖1. 材料合成示意圖

作者采用電紡（fǎng）/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納米纖維。首先，PVP溶於無水（shuǐ）乙醇、乙酸和鈦丁酸四丁酯的混合物中並攪拌1 h。然後加入PW12並攪拌直至完全溶解。均勻的前體（tǐ）溶（róng）液經靜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納米纖維上修飾Ag納米（mǐ）顆粒。將（jiāng）PT納米纖維粉末加入V水: V異丙醇=1:1的溶液（yè）中，超聲處理30 min，然後（hòu）將溶液抽空，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。製備了（le）Ag/PT複合材料（liào）。 

圖2. 掃描電鏡、透射電鏡以及元素mapping照（zhào）片

PT納（nà）米纖（xiān）維（wéi）的微觀結構和形貌如圖2所（suǒ）示。在550 °C焙燒（shāo）後，納米纖維的表麵相對粗糙且（qiě）多孔（kǒng），纖維直徑（jìng）約（yuē）為80 ± 20 nm。掃描和投射圖像，明顯地看出（chū）Ag NPs均勻地沉積在PT表麵，平均直徑為（wéi）10 ± 5 nm。高分辨掃描電鏡圖像（xiàng）驗證了（le）這（zhè）些（xiē）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中Ag、P、W、Ti和O元素的均勻分布，證明了Ag/PT材料被成功製備（bèi）。

圖3. 反應性能評價

    作者將製（zhì）備的Ag負載多（duō）金屬氧酸（suān）鹽摻雜二氧化（huà）鈦複合材料應（yīng）用於光催化降解TC中。結果表明其具有良好的可見光催化活性，當TiO2、PT、Ag/TiO2作（zuò）為光催化劑時，TC的降解率分（fèn）別提高到14.0%、26.53%和43.52%，這意味（wèi）著PW12摻雜或Ag NPs沉積在TiO2上提高了TC的光降解效（xiào）率（lǜ）。同時10% Ag/PT的TC去除率進一步（bù）提高，為78.19%，Ag/PT的光催化活性隨著Ag納米粒子含量增加（jiā）而逐漸增強，表明Ag金（jīn）屬粒子的SPR效應發揮了（le）重要作用。除此之外，還探究了催化劑用量，汙染物濃度（dù），pH降解TC的影響。

圖4. 降解路徑

基於高效液相色譜-質譜（pǔ）對降（jiàng）解產（chǎn）物的（de）鑒定，建立了可能的TC降解（jiě）途徑。TC由兩條路徑，經逐步開環閉環等一係列反應（yīng）。最終，中（zhōng）間體的進一步降解可以產生CO2、H2O和無機離子等小分子（zǐ）。根據上述分（fèn）析，可以推斷四環素的（de）光催化降（jiàng）解涉及去酰胺化、脫羥基（jī）化和環開放反應。

圖5. 毒性評估

我們使用毒性評估軟件工具（T.E.S.T.）對TC及其12個（gè）中間體的毒性進行（háng）了QSAR預測。通過六種毒性對TC中間（jiān）體進行評估，這些數（shù）據表明（míng），通過光降解過程降低了TC的毒（dú）性，但某些降解中間體的（de）毒性仍然存在。因此，延長降解時間，使TC完全分解為CO2和H2O，進一步降低光（guāng）降解過程中的毒性是至關重要的。

圖6. 反應機理示意圖

在可見光照射下，PT被光激（jī）發以產生（shēng）電子（zǐ）和空穴。同時，由於Ag NPs的表麵等離子（zǐ）共振（SPR）效應，產生了大量的熱電子。作為電子（zǐ）陷阱的Ag NPs能夠有效地捕獲PT的導帶上的光誘導電子，而由Ag0建立（lì）的肖特基勢壘則促進了SPR激發電子的轉移，進一步加速了（le）電（diàn）荷分離。Ag NPs上的這些電（diàn）子與O2反（fǎn）應（yīng），形成·O2-參與氧化（huà）反應。此外，PT中的光（guāng）誘（yòu）導（dǎo）空穴直（zhí）接（jiē）氧化TC，根據ESR測量結果和捕獲實驗的結果。最終，在h+和·O2-活性物種的幫助下，TC得到了有效去（qù）除。

總結與展望：

本研究采用（yòng）電紡（fǎng）絲/光還原方法構建了一種新型Ag/PT複合材料，該材料在降解TC、ENR和MO方麵表現（xiàn）出卓越的光催化活性。機理（lǐ）研究結果顯示，其卓越的催化性質可以歸（guī）因於以下兩個原因：（1）PW12對TiO2的摻雜可以提高（gāo）可見光譜的利用率和（hé）二氧化鈦的氧化還原反應活（huó）性；（2）貴金屬Ag具有局部（bù）表麵等離子共（gòng）振效應，可以（yǐ）提高陽光的利用率並產生更多的電荷（hé）載體。此外，局部表麵等離子共振效應將產生高強（qiáng）度的小範圍電磁場，大大提高了光生電子-空穴對的分離速率。此外，通（tōng）過HPLC-MS揭示（shì）了降解中間體和途徑。還使用（yòng）QSAR預測研究了TC降解產物的毒性。本研究為開發高效穩（wěn）定（dìng）的環境治理催化劑提供了新的思路。