1. 文（wén）章信息

標題（tí）：Construction of S-scheme Cs3PMo12O40/MnIn2S4 heterojunction for efficient photocatalytic removal of antibiotics: Degradation pathways, toxicity evalsuation and mechanism insight

中文標題：構建Cs3PMo12O40/MnIn2S4 S-scheme異質結高效光催化去（qù）除抗生素:降解途徑、毒性評價和機製研究（jiū）

頁碼：  173072 (1-16)   

DOI： 10.1016/j.jallcom.2023.173072              

2. 文章鏈接

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173072

3. 期刊信息

期刊名： Journal of Alloys and Compounds  

ISSN：  0925-8388  

2022年影響因子：6.2

分區信息： 中科院二區Top；JCR分區（Q2） 

涉（shè）及研（yán）究（jiū）方向： 化學研（yán）究的各個領域  

4. 作者信息：第一作者是  朱宏偉（吉林化工學（xué）院）。通訊（xùn）作者為  石洪飛副教（jiāo）授（shòu）（吉林化工學院）、趙（zhào）思思副教授（沈陽師範大學）、 陳哲教（jiāo）授（吉林化工學院）。

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

6. 文章簡介：

太陽能光催化技術是一種先進、環境（jìng）友好的技術用於高（gāo）效去除各種汙染物。然而，光生載流子的快速複合以及對（duì）可見光吸收不足限製了光催化性能的提高。近日，吉林化（huà）工學院石洪飛副教授團隊設計開發了一種具（jù）有核殼結構的新型S-scheme Cs3PMo12O40/MnIn2S4 (CPM/MIS)異（yì）質結的複合材料，實現了高效光催化降解多種汙（wū）染物，其對TC，CIP 和 Cr(VI) 的降解效率分（fèn）別達到97.81%，61.78% 和 67.07%。優（yōu）越的核殼結構和S型異質結構產生的協同效應是其優異的光催化性能的主（zhǔ）要原因。這種結構有力地增強了各組分之（zhī）間的界麵相互作用，有（yǒu）效（xiào）地增（zēng）強了（le）可見光的吸收，促進了光誘導（dǎo）載流子的分離和轉移（yí）效率，並保留了具有較高氧化還原能力的載流（liú）子。ESR光譜和捕獲（huò）試驗證實了空穴和超氧自由（yóu）基（jī）在汙染物（wù）去除中的主導作用。此外，采用（yòng）高效液相色（sè）譜-質譜(HPLC-MS)技術鑒定了TC的光降解路徑（jìng）。並用QSAR評估（gū）了產（chǎn）物的毒性。最後，結合原位XPS數據和能帶結（jié）構分析，闡明了S機製的（de）催化機理。本研究為係統地設計和製（zhì）造具有優異催化去除汙染物性能的S型異質（zhì）結光催化劑開辟了新的途徑。

本文（wén）亮點：

1、本工作製備了具有核殼結構的新型（xíng）S-scheme Cs3PMo12O40/MnIn2S4 (CPM/MIS)異質結的複合材料（liào），實現了高效（xiào）光催化降解多種（zhǒng）汙染物。

2、詳細研究了在光催（cuī）化降解過程中各（gè）參數對降解TC的影（yǐng）響，並給出了TC可能的降解路徑和中間體的毒性評估。

3、通過（guò）原位XPS和能帶結（jié）構驗證了S-scheme和催化機理。

圖文解析：

圖1. 材料合成示意圖

如圖1a所示（shì），作者通過溶解（jiě）-沉澱法製備了CPM納米球。方案1b采用水熱法合成MIS納米片。然後將0.2 g MIS納米片加入200 mL水中，超聲0.5 h。隨後，在上述MnIn2S4混懸液中（zhōng）加入1.4792 g高磷鉬酸(H3PMo12O40⋅24 H2O)和0.3961 g碳酸銫(Cs2CO3)。將得到的懸浮液再攪拌2 h，離心（xīn）洗滌5次，在60℃真空條件下幹燥12 h，得（dé）到（dào）CPM/MIS複合材料。

圖2. 掃（sǎo）描電鏡、透射電鏡以及元素mapping照片

掃描電鏡、透射電鏡結果（guǒ）表明：純MIS的SEM圖（tú）像清楚（chǔ）地表明，MIS具（jù）有層疊的花狀密粒結構（gòu），由許多直徑在幾納（nà）米範圍內的納米片自組裝而成。純CPM呈現出平（píng）均直徑為（wéi）150-220 nm的納米球形（xíng）態。CPM/MIS複合材料的微觀結構（gòu）可以看出，CPM/MIS的（de）表麵比CPM的表麵相對光滑，說明MIS納米片在CPM納米球表麵錨定緊密。並觀察到的0.342 nm和0.336 nm的晶（jīng）格間（jiān）距分別對應於CPM納米球的(222)麵和MIS納米片（piàn）的(311)麵。各個（gè）元素在樣品中均勻分布，證明了CPM/MIS材料被成（chéng）功製備。

圖3. 反應（yīng）性能評（píng）價

作者將製備的（de）CPM/MIS複合材料應用於光催化（huà）降解TC中。結果表明其（qí）具有良好的可見光催化活性，相比之下，MIS和CPM之間（jiān）形成異質結催化劑，顯著增強了TC降解的（de）催化性能。合成（chéng）的（de）CPM/MIS複合材料在處（chù）理製藥廢水方麵（miàn）具有很大的應用潛力。並考（kǎo）察了汙染物濃（nóng）度、催化（huà）劑用量、pH值、無機陰離子、反應溫度和水質等參數對TC降解效（xiào）率的影響。

圖4. 降解路徑及毒性評估

基於高效液相色譜（pǔ）-質譜對降解產物的鑒定，建立了（le）可（kě）能的TC降解途徑。TC分子（zǐ）經逐步開環閉環等一係列反應（yīng）為小分（fèn）子。此外，利用毒性評估軟件工具 (TEST) 和（hé）定量構效關係 (QSAR) 的數學模型對TC降解中間體的毒性進行了評估。毒性評價包（bāo）括致死濃度50% (LC50) (96 h) 大鼠的發育毒性和致突變性等。大多數發育毒性和致突變性都有所降低。這些數據表明（míng），通過（guò）光降解過程降低了TC的毒（dú）性，但（dàn）某些降解中間體的毒性仍然存（cún）在。因此，延（yán）長降解時間，使TC完全分解為CO2和H2O，進（jìn）一步降低光降解過程中的毒性是（shì）至關重要的。 

圖5. 反應機理示意圖

S型異質結中光（guāng）生（shēng）電子和空穴（xué）的（de）分離和轉移機製。與MIS相比，接觸前（qián）CPM表（biǎo）現出（chū）較低的導帶(CB)、價帶(VB)和平衡費米(Ef)位置。當它們開（kāi）始接觸時，電子表現出自發（fā）的從（cóng）MIS向CPM遷移的趨勢，直（zhí）到它（tā）們的費米能級達到平衡，由於電荷重排導致能帶彎曲。在光照下，CPM和MIS都（dōu）可（kě）以被光激發，產生電子並傳（chuán）輸到CB，同時在VB上留下空穴。由於能帶彎曲和內界電場的協同作（zuò）用，MIS的VB上的空（kōng）穴傾向於與（yǔ）CPM的CB上的電子重新結合，從而加速了催化劑體係中光致載流子的分離和轉移速率。

總結與展望：

采用水熱合成/溶（róng）解沉澱技術成（chéng）功合成了新型S型（xíng）核殼結構CPM/MIS複合材料，並在可見光下對TC、CIP和Cr(VI)表現出優異的催化性能和可循環利用性能。製（zhì）備的CPM/MIS複合材（cái）料具有優異（yì）的催化性（xìng）能，主要歸功於增強了其（qí）在可見光區的吸收，電（diàn）子-空穴（xué）對的分離和遷移速率加快，以及良好的核殼結構和（hé）S型異質（zhì）結構所帶來的更強氧化還原（yuán）能力的載流子保留。通過ESR數據和捕獲試驗，確定了汙染物去除過程中產生的主要活性物質。此外，用HPLC-MS揭示了可能（néng）的TC降解路（lù）徑（jìng），並且根據毒性評估結果，檢測到大多數降解產物的毒性（xìng）比TC降低（dī）。此外，根據原位XPS分析和能帶結構證實了S機製的催（cuī）化機理。該研究為設計和建立具有優異可（kě）見光催化性能的S型異質結提供了一些新的見解。