一种简单且环保的Ag-Ag?S/TiO?/纤维素生物复合薄膜的制备方法，该薄膜具有优异的光催化和抗菌性能

《RSC Advances》：Simple and green fabrication of an Ag-Ag 2S/TiO 2/cellulose biocomposite film with enhanced photocatalytic and antibacterial activity

Ag-Ag2S/TiO2/CT棉纺织复合材料的制备及其在有机污染降解、空气 purification和抗菌方面的应用研究表明，通过水热法与浸渍法制备的该材料在可见光下表现出高效协同催化性能，6小时降解致癌物托丁97%，完全氧化酒精类挥发性有机物，并具有显著抗菌活性。其增强机理源于Ag-Ag2S与TiO2的协同效应，包括电荷高效分离、复合抑制和可见光吸收提升。材料兼具机械强度与稳定性，可循环使用。

　　本研究介绍了一种新型的多功能光催化纺织品——Ag-Ag?S/TiO?/CT（棉纺织品）生物复合薄膜，其在环境修复和生物医学应用中表现出显著的潜力。这种复合材料通过简便的水热法合成，首先在棉纺织品表面制备了TiO?/CT，然后将其浸入Ag-Ag?S溶液中，通过光还原反应形成Ag-Ag?S/TiO?/CT复合材料。研究结果表明，该复合材料在6小时光照下对致癌化合物对-甲苯胺（o-toluidine, TOD）的分解效率高达97%，并且能够完全氧化乙醇、1-丙醇和1-丁醇等挥发性有机化合物（VOCs），在常温下利用阳光进行空气净化。此外，该材料还显示出对大肠杆菌（E. coli）的显著抗菌活性。这些优异性能主要归因于Ag-Ag?S与TiO?之间的协同效应，包括高效的电荷分离、抑制电荷复合以及增强可见光吸收能力。此外，该光催化剂具有良好的机械强度、稳定性和耐用性，可以在多个循环中重复使用，这使其在实际应用中更具优势。

在环境问题日益严峻的背景下，开发高效的光催化材料对于污染物的去除和环境治理至关重要。光催化技术因其无需额外化学试剂、无二次污染、操作简便等优点，被认为是可持续的解决方案之一。然而，传统光催化剂如TiO?存在一些限制，例如其较大的禁带宽度导致只能在紫外光下激活，且其光生电荷容易复合，从而降低催化效率。为了克服这些问题，研究者们尝试将TiO?与其他窄带隙光催化剂结合，以提高其在可见光下的响应能力。Ag-Ag?S作为一种具有非毒性、高效率去除有机污染物以及宽光谱吸收能力的材料，成为与TiO?结合的理想候选。通过将Ag-Ag?S负载在TiO?/CT表面，研究人员成功构建了一个响应可见光的多功能光催化剂。这种材料不仅能够高效分解水中的污染物，还能在空气中分解VOCs，并表现出良好的抗菌性能，为环境治理和生物医学领域提供了新的可能性。

研究团队采用了多种表征手段，包括X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和X射线光电子能谱（XPS），以验证复合材料的结构和化学组成。XRD分析显示，Ag-Ag?S/TiO?/CT中出现了Ag和Ag?S的特征峰，而TiO?的晶型为锐钛矿（anatase），表明材料成功实现了复合。拉曼光谱进一步证实了Ag?S纳米颗粒的存在，并显示了其在纺织品表面的均匀分布。FE-SEM图像揭示了TiO?纳米颗粒在纺织纤维上的覆盖，以及Ag-Ag?S纳米颗粒在TiO?层上的分散情况。XPS分析则确认了Ag、Ag?S和TiO?的化学状态，表明Ag以零价态存在，而Ag?S中的S以S2?形式出现，进一步支持了复合材料的成功制备。

在光催化性能测试中，研究人员分别评估了Ag-Ag?S/TiO?/CT在液相和气相中对污染物的分解能力。在液相实验中，Ag-Ag?S/TiO?/CT对TOD的分解效率显著高于未改性的TiO?/CT，达到97%。这表明Ag-Ag?S的存在不仅提高了材料的可见光响应能力，还增强了其对有机污染物的降解效率。在气相实验中，该材料能够有效氧化乙醇、1-丙醇和1-丁醇等VOCs，其分解效率与TiO?/CT相比有了明显提升。研究还指出，不同碳链长度的醇类化合物的分解效率存在差异，碳链越长，分解速率越慢，这可能与反应路径和氧化条件有关。

除了污染物的降解，该复合材料在抗菌性能方面也表现出色。实验表明，Ag-Ag?S/TiO?/CT在光照下对E. coli的灭活率达到97%，而在黑暗条件下，其抗菌效率仍保持在19%左右。这一结果表明，该材料不仅依赖于光催化产生的活性氧物种（ROS）来破坏细菌细胞结构，还能在无光条件下通过Ag纳米颗粒的抗菌作用发挥一定的效果。这种双重机制使其在水处理和空气消毒中具有广泛的应用前景。

此外，研究还关注了Ag-Ag?S/TiO?/CT的稳定性和可重复使用性。实验发现，即使经过超声波处理，该材料的光催化活性依然保持不变，说明其在物理和化学稳定性方面表现良好。同时，该材料在连续使用20次后，其对TOD的分解效率仍维持在85%以上，表明其具有良好的耐久性和可循环利用性。这些特性对于实际应用中的环境治理和资源节约具有重要意义。

研究还探讨了Ag-Ag?S/TiO?/CT在水中的银泄漏情况，以评估其对环境的安全性。实验结果显示，该材料在24小时内释放的银浓度仅为0.03 ppm，远低于国际标准规定的0.1 ppm上限，表明其在水处理过程中不会对生态系统造成危害。这一结果进一步证明了Ag-Ag?S/TiO?/CT作为绿色光催化剂的可行性。

从机理角度来看，Ag-Ag?S/TiO?/CT的光催化过程涉及电荷的转移和分离。在光照条件下，TiO?和Ag?S都能被激发，产生电子和空穴。这些电荷通过Ag纳米颗粒的介导作用，在TiO?和Ag?S之间进行有效转移，从而抑制了电荷的复合，提高了光催化效率。电子在Ag?S的导带（CB）中与溶解的氧气反应，生成超氧自由基（˙O??），而空穴在TiO?的价带（VB）中与水分子反应，生成羟基自由基（˙OH）。这些活性物种能够氧化有机污染物并破坏细菌细胞结构，从而实现高效的污染物降解和杀菌效果。

本研究的创新点在于，首次将Ag-Ag?S纳米颗粒与TiO?/CT结合，构建了一个多功能的光催化材料。这种材料不仅具备良好的可见光响应能力，还能在多种环境条件下发挥作用，包括水处理和空气净化。此外，其制备过程简单、环保且成本低廉，适用于大规模生产和实际应用。通过结合Ag-Ag?S和TiO?的优势，该材料在提升光催化性能的同时，还保持了纺织品的结构和机械强度，使其能够长期使用并重复回收。

综上所述，Ag-Ag?S/TiO?/CT作为一种新型的多功能光催化材料，展现了在环境治理和生物医学应用中的巨大潜力。其高效分解污染物、良好的抗菌性能以及优异的稳定性和可重复使用性，使其成为一种理想的绿色材料。未来，该材料有望在空气净化、水处理和抗菌纺织品等领域得到广泛应用，为解决环境和健康问题提供新的技术路径。同时，进一步优化其制备工艺和功能化设计，也将有助于拓展其应用范围，提高其在不同环境条件下的性能表现。