基于DFT设计的生物炭复合材料光催化降解土壤-水系统中氟喹诺酮类抗生素：非靶向代谢组学与结构方程模型揭示植物解毒机制

本综述创新性地提出了一种DFT（密度泛函理论）指导设计的Ce/MIL-88b-NH2@BC（生物炭）复合材料，用于高效光催化降解土壤-水系统中的氟喹诺酮类抗生素（FQs）。研究通过非靶向代谢组学和结构方程模型（SEM）揭示了材料通过激活SO4·-和·OH自由基实现FQs高效降解（98.9%）并导向低毒性产物的机制，同时阐明了复合材料通过抑制植物过度应激通路、恢复正常生理功能从而实现“降解-解毒”协同的系统修复策略，为抗生素污染控制提供了从计算设计到系统建模的全链条智能解决方案。

　　

Highlight

分子结构分析氟喹诺酮抗生素

FQs在结构上相似，因此可能表现出相似的裂解模式。通常，这伴随着哌嗪环的断裂、脱氟、脱羧、羟基化、烷基氨基环的链断裂以及特定基团的断裂。利用静电势（ESP）和平均局部离子化能（ALIE）预测分子反应性和潜在反应位点。红色区域是具有高ESP的亲电位点。蓝色区域是具有低ESP的亲核位点（图1）。由于...

结论

在本研究中，一种通过DFT计算指导设计的新型Ce/MIL-88b-NH₂@BC复合材料成功实现了在土壤和水系统中对六种氟喹诺酮抗生素（FQs）的高效降解和协同植物毒性缓解。实验表明，该材料在紫外-可见光下对FQs的降解率高达98.9%（90分钟），并在太阳光下保持82.5%的降解率，远高于传统光催化剂。自由基...

环境启示

氟喹诺酮抗生素（FQs）在土壤-植物系统中持续积累，通过植物吸收和有毒中间体驱动跨介质污染和生态风险。本研究通过引入一种DFT设计的Ce/MIL-88b-NH₂@BC复合材料来应对这一双重挑战。它通过SO₄·^-/·OH驱动的途径实现了近乎完全的FQs降解（98.9%），同时将转化导向低毒性代谢物。至关重要的是，该复合材料抑制了植物的应激反应，减少了...