苯乙炔铜/1T相二硫化钼异质结通过增强电荷转移并利用草甘膦衍生的甲醇类似物，实现了高效的草甘膦向磷酸的转化

《Journal of Colloid and Interface Science》：Phenylacetylene copper/1?T phase molybdenum disulfide heterojunction achieving efficient glyphosate-to-phosphate transformation via enhanced charge transfer and leveraging glyphosate-derived methanol analogs

高效光催化转化除草剂Glyphosate为磷酸盐的策略研究：通过设计PhC2Cu/1T-MoS2异质结催化剂，利用内置电场促进光生电子转移，结合GLY及副产物AMPA分解产生的甲醇类似物作为牺牲剂加速三电子氧还原，实现羟基自由基主导的GLY向磷酸盐的高效转化。

　　在当今环境科学与工程领域，针对农药残留的处理与资源化利用已成为一个重要的研究方向。其中，草甘膦（Glyphosate, GLY）作为一种广泛使用的除草剂，其在农业中的应用带来了显著的环境问题。GLY的广泛使用不仅导致了其在土壤和水体中的残留，还引发了对生态和人类健康的担忧。研究发现，GLY具有潜在的毒性，尤其对非目标生物的影响更为显著，例如可能增加动物神经退行性疾病和多种癌症的风险。此外，GLY的工业生产过程中会产生大量有机磷化合物（Organophosphorus, OP），这些化合物在工业废水中浓度极高，通常超过100 mg/L，对水生生物和人类健康构成严重威胁。更为棘手的是，GLY在降解过程中会形成氨基甲基膦酸（Aminomethylphosphonic acid, AMPA）等中间产物，这些物质不仅毒性更强，而且降解速度较慢，其半衰期可达到118至315天，给环境治理带来了极大的挑战。

面对这些问题，研究者们开始探索如何将GLY等有机磷化合物转化为高附加值的无机磷资源，例如磷酸盐（P(V)）。这不仅有助于解决环境污染问题，还能实现资源的循环利用，推动绿色化学的发展。在此背景下，科学家们提出了一种创新的光催化策略，即通过利用GLY降解过程中产生的甲醇类模拟物（methanol analogs）来促进磷酸盐的生成。这一策略的核心在于，通过光催化反应，将GLY的磷酰基（phosphonate group）转化为可被进一步利用的磷酸盐形式，从而实现从污染到资源的转化。

为了实现这一目标，研究人员设计并开发了一种新型的光催化剂——PhC?Cu/1T-MoS?异质结光催化剂（PM5/1）。PhC?Cu是一种具有优异可见光下分子氧还原性能的材料，而1T-MoS?则因其显著的电子导电性、丰富的电化学活性中心以及二维表面上的大面积活性位点，被广泛认为是改善光催化性能的有前景材料。通过将PhC?Cu与1T-MoS?结合，形成异质结结构，研究人员期望能够增强光生电子的转移效率，从而提高光催化反应的整体性能。

PM5/1异质结的构建不仅优化了光催化剂的结构，还通过内部电场（built-in electric field）的作用，促进了电子从PhC?Cu向1T-MoS?的转移。这种电子转移机制有助于减少电子-空穴对的复合，提高光催化反应的效率。同时，1T-MoS?的高电子导电性为光生电子提供了良好的传输通道，使得其能够更有效地参与后续的反应过程。此外，研究人员发现，1T-MoS?与GLY的磷酰基之间存在较强的共价配位作用，这不仅增强了GLY在催化剂表面的吸附能力，还为磷酰基的降解提供了更多的机会。

为了验证这一策略的有效性，研究人员通过一系列实验对PM5/1的性能进行了系统评估。实验结果表明，PM5/1在可见光照射下能够高效地将GLY和AMPA转化为磷酸盐。其中，甲醇类模拟物的产生是这一过程的关键因素之一。这些模拟物来源于GLY的磷酰基以及其毒性中间产物AMPA，它们在光催化过程中起到了“牺牲剂”（sacrificial agents）的作用，能够促进三电子氧还原反应（3e? ORR）的进行，并通过该反应生成羟基自由基（•OH）。羟基自由基具有极强的氧化能力，能够有效降解有机污染物，并将其转化为无机磷物种。通过引入这些甲醇类模拟物，研究人员成功地优化了3e? ORR反应过程，使得GLY向磷酸盐的转化效率得到了显著提升。

此外，研究人员还通过多种表征手段对PM5/1的物理化学性质进行了深入研究。例如，通过透射电子显微镜（TEM）观察到PhC?Cu呈现出纳米线状结构，而1T-MoS?则呈现出纳米块状结构，这些结构特征与已有研究结果一致。PM5/1复合材料的合成过程中，PhC?Cu纳米线被用作模板，1T-MoS?纳米块在其表面生长，形成了具有分级结构的异质结。这种结构不仅增加了催化剂的比表面积，还为电子转移和反应物吸附提供了更多的活性位点。通过能量色散X射线光谱（EDS mapping）分析，研究人员进一步确认了1T-MoS?与PhC?Cu在复合材料中的分布情况，发现Mo主要分布在纳米块结构中，而Cu则主要分布在纳米线结构中，这种分布模式有助于增强材料的整体性能。

为了进一步揭示PM5/1在GLY转化过程中的作用机制，研究人员还进行了多种互补性实验。例如，通过GLY向磷酸盐的反应动力学分析，研究人员发现PM5/1在可见光照射下的转化速率显著高于未改性的PhC?Cu。这表明，异质结结构的设计有效提升了光催化反应的效率。此外，通过原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱（in-situ ATR FTIR）和电子顺磁共振（EPR）光谱等技术，研究人员能够实时监测反应过程中自由基的生成和变化，从而确认羟基自由基在GLY向磷酸盐转化过程中的主导作用。这些实验结果不仅验证了PM5/1的高效性，还为理解其作用机制提供了重要依据。

在实验设计方面，研究人员采用了多种化学试剂和分析手段，以确保实验的准确性和可靠性。例如，用于合成PhC?Cu和1T-MoS?的原料包括铜（II）氯化物、苯乙炔、甲醇、乙腈等，这些试剂均来自可靠的供应商。实验过程中，研究人员还使用了催化酶（如过氧化氢酶）和银硝酸盐等辅助试剂，以进一步验证反应机制。通过对实验条件的优化，研究人员成功实现了GLY和AMPA在真实废水中的高效转化，为实际应用提供了坚实的基础。

综上所述，本研究提出了一种创新的光催化策略，即通过利用GLY降解过程中产生的甲醇类模拟物来促进磷酸盐的生成。PM5/1异质结光催化剂的开发不仅提高了光催化反应的效率，还为解决GLY和AMPA的污染问题提供了新的思路。这一策略的成功实施表明，通过合理设计光催化剂，可以实现对有机磷化合物的高效降解，并将其转化为高附加值的无机磷资源，从而推动环境治理与资源回收的协同发展。此外，本研究的成果也为未来光催化技术的开发提供了理论指导和技术支持，具有重要的科学价值和应用前景。