近日，材料與化學(xué)學(xué)院研究生呂賀在環(huán)境領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《應(yīng)用催化B》（Applied Catalysis B-Environmental，中科院一區(qū)，IF：24.3184）發(fā)表了題為“BaTiO3//ZnO Janus納米纖維異質(zhì)結(jié)構(gòu)在處理水中多種污染物中的優(yōu)異壓光催化性能”（Insight into the Superior Piezophotocatalytic Performance of BaTiO3//ZnO Janus Nanofibrous Heterostructures in the Treatment of Multi-Pollutants from Water）的研究成果。呂賀同學(xué)與電流體動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)青年教師劉亞男為并列第一作者，通訊作者為余燈廣教授和中科院硅酸鹽研究所汪正研究員。
隨著近年來工業(yè)化的發(fā)展，水污染已成為我們面臨的最重要問題之一，特別是有機(jī)物和重金屬的廣泛使用對(duì)人類健康和生物造成了嚴(yán)重的危害。在各種水處理技術(shù)中，高級(jí)氧化技術(shù)是一種廉價(jià)且環(huán)保的技術(shù)，已被廣泛用于處理污水，但它仍然存在量子效率低、催化劑設(shè)計(jì)困難以及在沒有太陽(yáng)照射的情況下缺乏反應(yīng)性的問題。此時(shí)，壓電光催化劑的出現(xiàn)就為光催化劑帶來了“光明”：在機(jī)械力作用下，壓電催化劑表面的電子和空穴被分離，氧化還原反應(yīng)被激發(fā)產(chǎn)生活性自由基，最終降解水中的污染物。因此，壓電光催化劑被認(rèn)為是一種收集和使用大量環(huán)境能源的新方法。
該研究應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)，制備出高度柔性的、竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鋇//氧化鋅并列納米纖維膜。在攪拌和超聲的共同作用下，鈦酸鋇//氧化鋅納米纖維膜可以同時(shí)處理水中的復(fù)合污染物，如圖1所示，由于材料中的鈦酸鋇和氧化鋅的吸附作用和竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)的納米纖維膜可以暴露更多的功能粒子，進(jìn)而材料可以吸附水中的鎳離子（Ni2+）和銅離子（Cu2+），材料對(duì)它們的吸附量分別可以達(dá)到462.2和477.4 mg g?1。另外，鈦酸鋇//氧化鋅并列納米纖維中的鈦酸鋇和氧化鋅可以形成n-n異質(zhì)結(jié)，使得電子和空穴更容易分離，產(chǎn)生更多的活性自由基來降解水中的有機(jī)污染物如鹽酸四環(huán)素、剛果紅、亞甲基藍(lán)和雙酚A。最后，該研究考察了復(fù)雜污染物體系中，有機(jī)污染物的降解情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇//氧化鋅并列納米纖維膜對(duì)有機(jī)污染物的降解效率可達(dá)到90%以上，說明鈦酸鋇//氧化鋅并列納米纖維膜具有良好的壓電光催化性能和普適性，在未來的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中具有良好的應(yīng)用前景。
這項(xiàng)研究為吸附鎳離子、銅離子和壓光催化降解多種污染物提供了一種獨(dú)特的耐用柔性膜，為并列異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米纖維的壓光催化機(jī)制提供了新的見解。此外，該研究為應(yīng)用攪拌誘導(dǎo)的壓電光催化降解多種污染物提供了一種實(shí)用且環(huán)保的策略，為目前流行的柔性壓電光催化劑研究開發(fā)及其實(shí)際應(yīng)用奠定了一定的理論支撐。
圖1. 鈦酸鋇//氧化鋅并列納米纖維異質(zhì)結(jié)構(gòu)在處理水中多種污染物中表現(xiàn)出優(yōu)異的壓光催化性能
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供稿：材化學(xué)院
