综述：多功能金属氧化物光催化剂在水净化中的应用：有机污染物降解与抗菌性能的研究进展

本综述系统阐述了金属氧化物半导体光催化剂（如TiO2、ZnO、CuO等）在有机污染物降解和抗菌应用中的最新进展。重点探讨了异质结构建、稀土/过渡金属掺杂等增强可见光响应策略，分析了光生电荷转移机制和抗菌作用机理（ROS），并对光腐蚀、可回收性等挑战提出智能化混合系统的未来发展方向。

　　

Introduction

纳米技术通过调控纳米尺度（1-100 nm）材料赋予其独特的物理化学特性，如高比表面积和量子限域效应。工业废水中的有机染料和病原微生物对水体造成严重污染，传统处理方法难以有效去除。半导体光催化技术通过光激发产生活性氧（ROS）实现污染物矿化，成为可持续的水处理方案。

Dye

染料作为有色有机化合物，其发色团（如偶氮、蒽醌结构）决定了颜色特性。全球年产量超过70万吨，其中约10万吨未经处理直接排入水体，造成生态破坏和健康风险。

Environmental consequences and health risks of dye pollution

合成染料导致水体透光率下降，增加生化耗氧量（BOD/COD），具有致癌、致突变风险。病原微生物如大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）可通过废水传播，引发败血症、脑膜炎等疾病。

Physical approaches

吸附法作为主流物理处理技术，去除效率可达99.9%。其他方法包括膜过滤、混凝/絮凝等，但存在成本高或二次污染问题。

Treatment

光催化降解技术具有环境友好、矿化彻底的优势。其效率取决于催化剂带隙、结晶度、光照条件等参数。

SYNTHESIS OF NANOPARTICLES

纳米颗粒合成采用"自上而下"（机械研磨）和"自下而上"（溶胶-凝胶、水热法）策略。绿色合成方法因环保特性受到关注。

Fundamental principles of the photocatalysis method

光催化原理涉及半导体吸收光能后价带（VB）电子跃迁至导带（CB），形成电子-空穴对，进而产生·OH、O₂^•?等活性氧物种。

Photocatalytic degradation based on TiO₂

二氧化钛（TiO₂）锐钛矿相因较高的电荷分离效率展现优异光催化性能。通过贵金属沉积、离子掺杂等手段可增强其可见光响应能力。

Antibacterial activity of metal oxides

金属氧化物纳米颗粒（MO-NPs）通过膜破坏、ROS氧化、金属离子释放等机制发挥抗菌作用。ZnO和CuO对革兰氏阳性/阴性菌均表现出显著抑制效果。

Conclusion

金属氧化物半导体在染料光降解和抗菌领域展现出巨大潜力。仍需解决光腐蚀、回收利用等问题以推进实际应用。

FUTURE PROSPECTIVE

未来研究方向包括：开发智能混合系统、优化可见光催化效率、探索生物医学应用及规模化制备工艺。

Ethical statements

本研究未涉及伦理审查与知情同意要求。

Funding Declaration

作者声明未获得任何资金支持。

CRediT authorship contribution statement

合作者分别承担可视化、文稿撰写、数据分析和监督工作。

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在竞争性利益关系。

Acknowledgments

致谢米佐拉姆大学化学系提供的支持。