1. 文（wén）章信息

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

中文標題：製備（bèi）Bi/BiPMo12O40複合材料用（yòng）於增強的還原Cr(VI)和（hé）降解（jiě）四環素光催化活性

頁碼（mǎ）：  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（kān）名（míng）： Materials Science in Semiconductor Processing  

ISSN：  1369-8001  

2023年影響因子：4.1

分區信息： 中科院三區；JCR分區（qū）（Q2） 

涉及研究方向： 化學研究的各個（gè）領（lǐng）域  

4. 作者信息：第一作（zuò）者是  石洪飛副教授（吉林化工學院（yuàn））。通（tōng）訊作者為  石洪飛副教授、李建平講師、陳哲教授（shòu）（吉林（lín）化工（gōng）學（xué）院（yuàn））、王衛東教授（梧州學院）。

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：

將光催化技術應用於廢水汙染物的去除，代表著（zhe）解決環境汙染危機的理（lǐ）想途徑。然（rán）而，設計（jì）高效、可（kě）循環和多功能的光催化劑（jì）一直是一個（gè）巨大挑戰。本研究通過水熱法成功製備了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。這些複合材料展現出了（le）增強和（hé）持久的光催化活性（xìng），可用（yòng）於去除各種（zhǒng）汙染物。具體而言，1.0% Bi/BiPMo12O40在可見光（λ＞420 nm）下表現出最（zuì）佳性能，分別可去除89.33%的Cr(VI)、77.5%的TC和97.5%的MO。此外，作者詳細研究（jiū）了（le）Cr(VI)濃（nóng）度、催化（huà）劑用量、溶液pH值（zhí）、水質和無機陰離子（zǐ）對Cr(VI)還原的影（yǐng）響。同（tóng）時，通（tōng）過HPLC-MS鑒（jiàn）定了TC的降（jiàng）解產物，並建立了可行（háng）的降解途徑。通過QSAR預測對中間產物進行了毒性評估。優異（yì）的（de）催化活性可以歸因於增強的（de）可見光吸收（shōu）、提高的BET比表麵積和光生載流子的高效分（fèn）離。捕獲實驗和ERS測試驗證了Cr還原（·O2-和e-）和TC降（jiàng）解（·O2-、·OH和h+）過程的主要活性物質。最終，作者提（tí）出了合理的（de）光催化機製。這項工作為設計和構建高效耐（nài）用的（de）多酸基催化劑用於（yú）環境改善提供了合理的策略。

本文亮點：

1、本工作通過水熱法製備了Bi/BiPMo12O40複合（hé）材（cái）料，在可見光催化去除汙染物（wù）方麵表現出良好的活（huó）性。

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、溫度（dù）、不（bú）同水質和不同陰離子（zǐ）的（de）影（yǐng）響。

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

圖（tú）文（wén）解析：

圖1. 材料合成示意圖

BiPMo12O40材料是通過常規合成方法（fǎ）製備（bèi）的，然後經過水熱處理過程製得Bi/BiPMo12O40材料。首先（xiān），依次將Bi(NO3)3·5H2O和H3PMo12O40·xH2O加入去離子水中（zhōng），60 ℃攪拌（bàn）2 h，然後在110 ℃幹燥6 h，得到BiPMo12O40材料。隨後，製備好的BiPMo12O40和不同量的Bi(NO3)3·5H2O分散到乙二醇中，乙二醇充當（dāng）還原劑。經（jīng）過超聲和攪拌6 h後（hòu），將混合物（wù）放入50 mL高壓釜中，在180 ℃下加熱10 h，製得Bi/BiPMo12O40材（cái）料。 

圖2. 掃描電鏡、透射電鏡以及元素分布照片

通過掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡評估了所（suǒ）得樣品的形態（tài）和粒徑。這些Bi/BiPMo12O40樣品由BiPMo12O40納米球和Bi納米（mǐ）顆（kē）粒組成，Bi納米顆粒均勻分布在BiPMo12O40納米球表麵。BiPMo12O40和Bi的尺寸（cùn）範圍分別為（wéi）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（fèn）別與BiPMo12O40的(225)麵和Bi的(021)麵一致，確認了這種複（fù）合材料中（zhōng）BiPMo12O40和Bi的共存。元素（sù）映射圖像用於驗證所得（dé）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（yī）步確認了（le）成功構建了這（zhè）種複合材料。

圖3. 反應性能評價

作者通（tōng）過還原Cr(VI)來評（píng）估各種材料的催化性能。沒有催化劑時，僅有9.79%的Cr(VI)被還原，而在可見光（guāng）照射下，純BiPMo12O40的還原率僅為53.11%。在沉積Bi納米顆粒之後，Bi/BiPMo12O40的催化（huà）能力顯著提高，其中，1.0% Bi/BiPMo12O40表現（xiàn）出最佳的光還原活性，還原率達到89.33%。Bi/BiPMo12O40的光催（cuī）化活性隨著Bi納米粒子沉積（jī）逐（zhú）漸增強，表明Bi金屬粒子的SPR效應發揮了重要作用。此（cǐ）外，研究了不同因素對Cr(VI)還原的影響，包括pH值、Cr(VI)濃度、催化（huà）劑量、無（wú）機離子和水質。

圖（tú）4. 降（jiàng）解路徑及毒性評估

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

隨著TC的降解，產生（shēng）了有毒的中間體，必須考慮它們的毒性。借助定量構效關係（QSAR）模型，使用毒性評估軟件工具對TC及其降解中間體的發育毒性、致突變性、生物富集和急性毒性進行了評估。光降解（jiě）的（de）大多數中間體低於（yú）TC的毒性，而且大多數中間體是低毒性和非（fēi）毒性化學品，反映出光降解（jiě）後TC的急性毒性顯著降低。因此，可以（yǐ）成功應用以Bi/BiPMo12O40為催（cuī）化劑的光催化技術來消除對人類有害的微生物。

圖（tú）5. 反應機理示意圖

在可見（jiàn）光照射下，BiPMo12O40和Bi都被光（guāng）激發（fā）。電子從BiPMo12O40的VB光激發到其CB，在VB中留下（xià）空穴。與此同時，由於表麵等離子共振（SPR）效應在（zài）Bi NPs中（zhōng）產生了大（dà）量熱電子。由於肖特基結存在，BiPMo12O40 CB上的（de）電子被轉移到Bi NPs。之後，它們和（hé）來（lái）自（zì）Bi的熱電子與（yǔ）O2反應產生·O2-。Cr(VI)還原中，Bi NPs上（shàng）的·O2-和電子（zǐ）可以將Cr(VI)還原為Cr(III)，而BiPMo12O40 VB中的（de）空穴（xué）參（cān）與與異丙醇的氧（yǎng）化反應。Bi NPs上產生的·O2-可以轉化為·OH自由基。然而，BiPMo12O40 VB中產生的空穴（xué）無法氧（yǎng）化OH-和H2O以產（chǎn）生·OH，因為BiPMo12O40的VB值相對於（yú）·OH/OH-（2.38 V）和·OH/H2O（2.27 V）來說更少（shǎo）正極化（huà）。因此（cǐ），BiPMo12O40的空穴直接氧化了TC，從ESR測試和捕獲實驗的結果來看。最終，TC分（fèn）子通過（guò）·O2-、h+和·OH得以有效降解。

總（zǒng）結與展望：

在這項研究中，我們開（kāi）發了（le）一種新穎（yǐng）的方法，用於簡單合成非貴金屬Bi納米顆粒沉積的BiPMo12O40納米球光催（cuī）化劑。所（suǒ）得的Bi/BiPMo12O40複合材料在可見光下表（biǎo）現出卓越和（hé）持久的光催化活性，可用於去除Cr(VI)、TC和（hé）MO，具（jù）有極高的光（guāng）穩（wěn）定性和可重（chóng）複使用性。這一出色的催化性能歸因（yīn）於比表（biǎo）麵積的增加、可見光（guāng）吸收的增強，以及光誘導載體的高效分離。催化機製表明，BiPMo12O40和Bi之間存在協同效應，Bi NPs的（de）SPR效應形成強烈的局部電（diàn）磁（cí）場，為Bi/BiPMo12O40複合材料中（zhōng）的光（guāng）誘導電（diàn）子和空穴的分離效率提供了額外（wài）的促進。此（cǐ）外（wài），采用HPLC-MS技術鑒定了TC的（de）降解中間體（tǐ），提出了（le）可能的（de）降解途徑。通過QSAR預測評估了中間體的毒性。捕獲實（shí）驗和ERS測試證實了在Cr還（hái）原（·O2-和（hé）e-）和TC降解（·O2-、·OH和h+）中涉及的主（zhǔ）要活性物質。這項工作為開發和（hé）製備多酸基材料用於處（chù）理環（huán）境汙染物（wù）提供了新（xīn）的見解。