通过在含有锡的尖晶石铁氧体上沉积银纳米颗粒（Ag NPs），构建了一种串联混合体系。该体系能够实现快速催化作用，并在过氧单硫酸盐的激活下，对水介质中的有机污染物进行光催化降解

《Surfaces and Interfaces》：Establishment of tandem hybrid system by the deposition of Ag NPs on Sn-incorporated spinel ferrite for rapid catalytic and peroxymonosulfate activated photocatalytic degradation of organic pollutants in aqueous media

本研究通过水热法合成Ag负载Sn掺杂尖晶石铁氧体纳米复合材料（SFO@Ag），并评估其催化降解罗丹明B（RhB）的效能。实验表明，SFO@Ag-10%在催化还原（k=1.9168 min?1）和光催化氧化（k=0.1151 min?1）中表现最佳，归因于Ag纳米颗粒与SFO的界面工程形成的Schottky结、表面等离子体共振效应及氧空位调控，促进电荷分离与ROS生成，同时证实其环境友好性和可重复利用性。

　　这项研究介绍了一种通过水热法合成的银沉积锡掺杂尖晶石铁氧体纳米复合材料（Sn_0.2Fe_2.8O₄@Ag，简称SFO@Ag）。该材料在水性介质中通过罗丹明B（RhB）降解实验评估了其催化和光催化性能。研究通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（DRS）、光致发光光谱（PL）以及振动样品磁强计（VSM）等综合表征手段，确认了复合材料的结构完整性、形貌特征、光学性质以及磁性行为。研究还重点探讨了银纳米颗粒与尖晶石铁氧体基质之间的界面工程，揭示了其在可见光照射下形成肖特基结，从而促进电荷分离的机制。

催化实验表明，SFO@Ag-10%在钠硼氢化物（NaBH₄）的存在下，能够快速减少RhB的浓度，其反应速率常数（k）为1.9168 min^?1。相比之下，SFO@Ag-10%在过硫酸盐（PMS）激活的可见光驱动光催化过程中，能够在40分钟内实现几乎完全的RhB降解，符合伪一级动力学模型，其反应速率常数为0.1151 min^?1。研究还发现，SFO@Ag-10%的反应动力学比SFO@Ag-5%和SFO@Ag-15%分别快1.7倍和2.0倍，显示出其卓越的光催化活性。降解过程中涉及的主要活性氧物种为羟基自由基（^•OH）和硫酸根自由基（SO₄^•?）。优化实验表明，较高的催化剂负载量、酸性pH环境以及Al³⁺、Ca²⁺和SO₄^2?离子的存在能够增强降解效果，进一步通过总有机碳（TOC）分析确认了完全矿化现象。通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）鉴定出的中间产物明确了降解路径，而生物实验则证实了最终产物的非毒性特性。

SFO@Ag材料表现出优异的活性，其原因归结于快速的电子转移、银纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）效应以及设计的氧空位。这些特性共同作用，显著提高了光催化效率。此外，SFO@Ag展现出良好的结构稳定性和可重复使用性，使其成为高级废水处理中的有前景材料。

在现代工业中，合成染料因其在造纸、塑料、皮革和纺织等行业的广泛应用而被广泛使用。然而，这些染料的大量使用也导致了严重的环境问题。许多人工染料具有复杂的化学结构，这赋予了它们良好的稳定性和抗降解能力。这些染料进入水体后，会阻碍光的穿透，破坏水生生态系统，并引入对水生生物和人类有害的有毒化合物。罗丹明B（RhB）是一种常见的联苯胺染料，广泛应用于食品着色、造纸和纺织等行业。它的毒性和持久性使其成为主要的环境风险，同时具有在可见光区域的强光学吸收特性。RhB经常被发现于水生环境中，这引发了对其对水生生物和人类健康潜在危害的关注。由于RhB在不同环境条件下的稳定性，去除它变得困难，因此需要高效的降解技术。

目前，吸附、絮凝、凝聚和臭氧化等技术可用于去除RhB。然而，这些方法存在一些局限性，如安全性问题和能耗较高。近年来，催化降解有机染料的方法受到了广泛关注。许多研究人员利用先进的氧化工艺（AOP），如电催化和光催化等，来去除有机染料。除了染料降解，AOP还被用于降解其他有机污染物、合成各种化合物、制氢等应用。其中，利用钠硼氢化物（NaBH₄）和金属纳米颗粒（NPs）进行的催化还原因其快速将有害染料转化为无害化合物而受到关注。

光催化作为AOP的一种重要形式，利用半导体中的光诱导电子-空穴对，能够高效且可持续地降解水中的有机污染物。近年来，基于过硫酸盐（PMS）的AOP已被广泛研究用于消除持久性有机污染物。通过多种过渡金属离子的激活，PMS能够产生活性氧物种（ROS），这些ROS可以将污染物氧化为较小、危害较低的分子。PMS作为硫酸根自由基（SO₄·?）的关键前体，其氧化电位（2.5 – 3.1 eV）和半衰期（30 – 40 μs）均高于羟基自由基（^•OH）。然而，为了高效生成SO₄·?自由基，PMS需要被激活。传统的PMS激活方法往往面临一些限制，如热激活的高pH依赖性，以及紫外激活所需的高能量成本和费用。近年来，过渡金属离子作为PMS的高效激活剂，能够生成SO₄·?自由基。其中，基于铁的激活因其丰富的资源、低毒性、成本效益和环境兼容性而受到广泛关注。因此，选择高效的材料对于提升有机污染物的降解效率至关重要。

锡氧化物（SnO₂）因其出色的光电特性、无毒性和广泛可得性而受到关注。锡铁氧化物（Sn_0.2Fe_2.8O₄）（简称SFO）目前是研究尖晶石结构相关材料的重点之一。在SFO结构中，Sn²⁺离子位于八面体位置，而Fe³⁺离子则均匀分布在四面体和八面体位点。对于SFO而言，Fe²⁺/Fe³⁺和Sn²⁺/Sn⁴⁺的氧化还原反应通常能提供更多的电子，从而增强其电催化特性。SFO纳米晶体是一种p型半导体材料，已被用作异质催化剂，用于有机废水的催化降解。此外，SFO纳米颗粒因其低成本、无毒、环境友好和磁性可回收性而受到越来越多的关注。二元金属氧化物通常表现出比单一金属氧化物更好的催化性能，这得益于Sn和Fe氧化物的诸多优势，包括它们在地球上的丰富性、经济性、安全性、强大的氧化还原能力以及多样的价态。然而，金属氧化物的一些显著缺点包括高电荷转移阻抗和不足的活性位点，这导致了电导率较低和反应动力学较慢的问题。因此，许多重要的努力被用于通过贵金属如金（Au）、银（Ag）和钯（Pd）对SFO进行沉积或掺杂以及表面改性，以提升其催化活性。

贵金属-半导体杂化材料在催化领域产生了显著影响。通过将贵金属纳米结构加载到纳米催化剂上，可以提高表面电荷转移效率，从而增强催化活性和效率。在尖晶石铁氧体框架中引入银纳米颗粒是经过策略性选择的，因为银具有强烈的、稳定的局部表面等离子体共振（LSPR）效应，高电导率以及出色的抗氧化和光降解能力。这些特性使银能够高效地吸收可见光，促进热电子转移，并抑制电子-空穴复合，从而显著提升光催化活性。此外，银与铁氧体之间能够形成强肖特基结，这种界面电荷分离的效果优于铜或钴等过渡金属。同样，银纳米颗粒也被用于提升多种化合物的催化性能，如TiO₂、ZIF-8等，从而帮助降解多种有机污染物、药物和染料，如亚甲基蓝、挥发性有机化合物等。

本研究的创新之处在于阐明了银纳米颗粒修饰SFO的增强机制，并展示了银-铁氧体界面耦合如何促进高效的电荷分离和可见光驱动的光催化过程。Lee等人[38]曾报告称，SnFe₂O₄纳米晶体（NCs）在模拟太阳光下，能够高效降解RhB，其过程类似于芬顿反应。Jo等人[39]则表明，SFO/g-C₃N₄杂化材料（SFO/CN-30）显著提升了多种染料的降解速率，相较于原始SFO或g-C₃N₄表现出更好的性能。Narayanan等人[40]进一步确认了异质结复合材料如Bi₂WO₆/rGO/SnFe₂O₄表现出优于单一组分的光催化性能，强调了电荷分离和异质结形成的益处。基于这些发现，本研究引入了银沉积在SFO上（SFO@Ag），银纳米颗粒的引入提高了可见光的吸收能力，并通过形成肖特基结促进了电子-空穴分离，从而抑制了复合，显著增强了光催化效率。此外，银纳米颗粒利用其表面等离子体共振特性，提高了复合材料的电子转移能力，这有助于更高效地降解污染物，使其成为一种有前景的催化材料。虽然能带调控通常与光催化性能提升相关联，但本研究指出，银纳米颗粒的引入导致了能带变窄，从而改善了电子迁移率和电荷转移效率。此外，研究还发现，环境因素如pH值和离子浓度对催化性能有显著影响。同时，SFO@Ag纳米颗粒的磁性可回收性凸显了其在环境修复中的成本效益和可持续性。本研究不仅深化了对催化机制的理解，还拓展了SFO@Ag纳米颗粒在降解有机污染物方面的应用潜力。