新型双功能Sb?WO?@生物炭复合材料的研发：显著提升四环素的光催化解毒效果及二氧化碳的还原能力

《Applied Ocean Research》：Unveiling the dual functional Sb 2WO 6@biochar composite for enhanced photocatalytic detoxification of tetracycline and CO 2 reduction

双功能花状Sb2WO6生物炭复合材料通过原位水热法合成，有效降解四环素并还原CO2。结构表征显示纳米花均匀锚定于生物炭表面，促进电荷传输。电化学及光谱分析证实生物炭增强电荷分离，TC降解率达94.3%，CO生成量提升3.46倍。DFT计算表明界面相互作用显著，ROS分析和XPS证实高效电子转移，降低毒性。

　　近年来，随着抗生素在人类生活和农业养殖中的广泛应用，其在水体中的残留问题日益严重。同时，全球能源危机促使化石燃料的大量使用，进一步加剧了二氧化碳（CO?）的排放。这两种环境问题——抗生素污染和CO?积累，正对生态系统的稳定性和人类健康构成潜在威胁。因此，开发一种能够同时解决这两个问题的高效、可持续的材料成为科研界关注的重点。本研究提出了一种创新的双功能复合材料——花状结构的抗imony钨酸盐（Sb?WO?）负载生物炭（Sb?WO?@biochar），通过水热法合成，旨在提升对四环素（TC）的降解效率以及CO?的还原能力。

该复合材料的合成方法基于水热工艺，这是一种在高温高压环境下通过化学反应合成材料的技术。水热法的优势在于能够在温和的条件下实现材料的精细控制，使其具有优异的物理和化学特性。本研究中，通过水热法在生物炭表面原位生长出Sb?WO?纳米花结构，这种结构不仅增强了材料的表面活性，还通过其独特的物理形态提高了光催化效率。Sb?WO?作为一种n型半导体，具有较小的带隙（约2.3 eV），使其能够在可见光下响应，从而推动光催化反应的进行。然而，其光生电子-空穴对的复合率较高，限制了其在实际应用中的效果。因此，通过引入生物炭作为载体，可以有效改善这一问题。

生物炭是一种由可再生生物质材料在缺氧条件下热解得到的高碳含量材料，具有多孔结构和较大的比表面积，使其在吸附污染物方面表现出色。此外，生物炭的导电性有助于光生载流子在半导体材料之间的高效转移，从而降低电子与空穴的复合率，提高光催化效率。本研究中，生物炭不仅作为Sb?WO?的载体，还通过其表面的活性位点增强了对TC的吸附能力，为后续的降解反应提供了有利条件。Sb?WO?与生物炭之间的强界面相互作用，使得电子能够快速转移，提升了整个复合材料的性能。

为了验证这一复合材料的性能，研究团队采用了一系列表征手段，包括扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），用于观察材料的微观结构。结果显示，Sb?WO?纳米花结构均匀地分布在生物炭表面，形成了一种稳定的异质结。这种结构的形成不仅提高了材料的比表面积，还增强了其对污染物的吸附和催化能力。进一步的理论计算表明，Sb?WO?与生物炭之间的强相互作用有助于形成有效的电荷分离机制，从而提升光催化反应的效率。

在光催化性能测试中，Sb?WO?@biochar表现出优异的TC降解能力。在90分钟的可见光照射下，其TC降解率达到94.3%，远高于纯Sb?WO?的56.8%。此外，在5小时的反应时间内，Sb?WO?@biochar能够实现51.67 μmol g?1的CO生成量，约为纯Sb?WO?的3.46倍。这些结果表明，Sb?WO?@biochar在可见光驱动的光催化反应中具有显著优势。同时，通过活性氧（ROS）分析，研究团队确认了Sb?WO?@biochar在TC降解和CO?还原过程中能够有效产生多种活性物种，如超氧自由基（•O??）、羟基自由基（•OH）、单线态氧（1O?）和空穴（h?），这些活性物种在降解有机污染物和还原CO?的过程中起到了关键作用。

除了光催化性能的测试，研究团队还对材料的稳定性进行了评估。通过循环实验，发现Sb?WO?@biochar在四次重复使用后仍能保持较高的TC降解活性，表明其具有良好的循环利用潜力。这一特性对于实际应用至关重要，因为它意味着材料可以在废水处理过程中多次使用，从而降低运行成本，提高经济效益。此外，通过液相色谱-电喷雾电离质谱（LC-ESI/MS）和原位X射线光电子能谱（XPS）分析，研究团队进一步验证了Sb?WO?@biochar在降解TC和还原CO?过程中的高效性和稳定性。

从实际应用的角度来看，这种双功能复合材料在废水处理和碳捕集与利用（CCU）领域具有广阔的应用前景。在废水处理过程中，Sb?WO?@biochar可以有效地去除抗生素污染物，从而减少其对生态环境和人类健康的潜在危害。而在碳捕集与利用方面，该材料能够将CO?转化为有价值的产物，如CO，这不仅有助于缓解温室气体排放，还能为碳基能源的开发提供新的思路。此外，由于生物炭的来源广泛且制备成本较低，Sb?WO?@biochar的制备过程也具备一定的经济性和可扩展性。

本研究的成果不仅为开发高效、可持续的光催化材料提供了新的思路，也为解决抗生素污染和CO?排放问题提供了可行的解决方案。通过结合Sb?WO?的光催化性能和生物炭的吸附与导电特性，Sb?WO?@biochar复合材料展现出了双重功能的优势，使其在环境修复和能源转化方面具有重要的应用价值。未来，随着对光催化材料研究的不断深入，有望开发出更多具有类似特性的多功能复合材料，为实现绿色可持续发展提供有力支持。