通过双重原位生长策略制备耐酸且热稳定的PEEK-PANI@MIL-101膜，以实现从有机溶剂中高效分离染料

《Separation and Purification Technology》：Acid-resistant and thermally stable PEEK-PANI@MIL-101 membranes via dual in-situ growth strategy for high-efficiency dye separation from organic solvents

本研究设计了一种磁性可回收的MnFe?O?/CuInS?异质结催化剂，通过光热效应、内置界面电场及多金属协同活化过氧ymonosulfate（PMS），显著提升抗生素（左氧氟沙星、环丙沙星、四环素）的降解效率（86.8%、82.6%、90%），并验证其低生态风险及高效电荷分离机制。

　　本研究围绕一种新型的磁性可回收催化剂——MnFe?O?/CuInS?（MFO/CIS）异质结的设计与合成展开，旨在提升对新型污染物的降解效率和环境友好性。随着全球经济发展，抗生素的生产与消费量显著增加，而这些物质因其环境持久性和生物累积性，容易进入生态系统，并通过食物链传播，对生态环境和人类健康构成严重威胁。因此，开发高效的污染治理技术成为当前研究的重要方向。

在众多技术中，基于过硫酸氢盐（PMS）活化的高级氧化工艺（AOPs）因其能够通过多种途径（如光催化、热活化、电化学等）高效生成活性氧物种（ROS），从而实现抗生素污染物的深度降解和矿化，展现出显著优势。然而，这类工艺在实际应用中仍面临诸多挑战，例如活性物种的生成效率、生态风险以及催化剂的可回收性。为了解决这些问题，研究人员设计并合成了一种具有磁性回收能力的S型MnFe?O?/CuInS?异质结催化剂，以实现多相催化氧化过程。这种异质结通过光热辅助光催化和内置电场效应，协同增强PMS的活化能力，从而有效降解多种抗生素污染物。

MnFe?O?是一种具有广泛应用的铁氧体材料，其双金属协同机制（Mn/Fe）能够通过价态循环实现持续的PMS活化。然而，这种材料在可见光吸收能力方面存在局限，并且其光生载流子的复合率较高，影响了催化效率。相比之下，CuInS?作为一种窄带隙半导体，展现出优异的可见光和近红外（NIR）光吸收能力，尤其适用于PMS的活化。此外，CuInS?还具有出色的光热转换效率，能够局部提高反应温度，从而增强催化反应的动力学。其表面暴露的Cu?位点也可以直接激活PMS，使其成为一种理想的催化剂材料。

尽管如此，如何构建一个高效的光热辅助光催化系统，以实现更有效的界面电荷分离，从而提升PMS活化的协同效应，仍然是一个亟待解决的问题。为此，本研究提出了一种基于S型异质结的MFO/CIS催化剂，其通过光热辅助多金属价态循环和内置电场效应，实现了对污染物的高效协同降解。此外，该催化剂具有三种显著优势：（1）多金属位点能够快速捕获和活化PMS分子；（2）光热辅助光催化有效提高了界面电子传输效率和PMS活化协同效应；（3）出色的磁性分离能力确保了其在实际应用中的可行性。

在实验过程中，研究人员通过XRD技术研究了催化剂的晶体结构。结果表明，纯MnFe?O?和CuInS?的衍射峰与标准卡片PDF#00–038-0430和PDF#00–047-1372具有良好的对应关系。MFO/CIS异质结则表现出CIS（112）和（220）晶面以及MnFe?O?（120）和（122）晶面的衍射峰，且峰强度随CIS质量比的变化而变化。这表明MnFe?O?和CuInS?的有效结合得到了验证。同时，通过实验研究、密度泛函理论（DFT）计算和Fukui函数分析，研究人员进一步阐明了LVF、CIP和TC的降解路径。

在对催化剂性能的评估中，研究团队发现MFO/CIS异质结在60分钟内能够降解86.8%的LVF和82.6%的CIP，并且在20分钟内能够降解90%的TC。这一高效的光催化性能归因于三重效应机制：光热效应、内置电场效应以及PMS的多金属活化。这些机制的结合不仅提高了载流子的分离效率和迁移能力，还促进了更多活性物种的生成。与单一CIS材料相比，MFO/CIS异质结系统表现出更低的吉布斯自由能变化（ΔG），这有利于选择性生成1O?，从而进一步提升污染物的降解效率。

为了深入理解MFO/CIS异质结的降解机制，研究人员还采用了原位XPS、飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）等分析手段，结合DFT计算和Fukui指数，对污染物的降解路径进行了系统研究。结果表明，MFO/CIS异质结在光热辅助光催化条件下能够有效调控界面电荷的迁移方向，形成协同效应，从而提升PMS活化效率。此外，通过ECOSAR模型和植物培养实验，研究人员评估了降解产物的生态风险，并发现其毒性显著降低，表明该系统具有良好的环境兼容性。

本研究提出了一种创新的协同策略，以提升新型污染物的治理能力。MFO/CIS异质结不仅在催化效率上表现出色，还具备良好的稳定性，能够满足实际应用的需求。通过磁性回收技术，该催化剂能够从水溶液中高效分离，避免了传统粉末催化剂在回收过程中可能产生的二次污染问题。这种设计为未来污染治理技术的发展提供了新的思路，也为解决抗生素污染问题提供了可行的解决方案。

此外，研究团队还对催化剂的材料来源进行了详细说明。所使用的材料包括CuCl?·2H?O、NaOH、InCl?·4H?O、CH?N?S（硫脲）、IPA（异丙醇）、MeOH（甲醇）、C?H?O?（VC，抗坏血酸）、L-Cysteine（L-半胱氨酸）、L-Tryptophan（L-色氨酸）以及(NH?)?C?O?·H?O（AO，单水合草酸钾）等，均来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。这些材料的选择和配比经过精心优化，以确保催化剂在实验条件下的稳定性和高效性。

在对催化剂性能的进一步探讨中，研究团队发现MFO/CIS异质结在光热辅助光催化条件下能够显著提升电子传输效率，从而增强PMS的活化能力。同时，该系统在降解过程中表现出优异的稳定性，能够在长时间内保持高效的催化性能。这种稳定性对于实际应用中的持续运行至关重要，也表明该催化剂具备良好的重复使用潜力。此外，研究团队还通过实验验证了该催化剂在不同条件下的降解效果，并发现其在多种抗生素污染物的降解中均表现出良好的适应性。

通过一系列实验和计算分析，研究人员不仅揭示了MFO/CIS异质结的催化机制，还进一步验证了其在实际应用中的可行性。在生态风险评估方面，研究团队采用ECOSAR模型和植物培养实验，对降解产物的生态影响进行了系统分析。结果显示，降解后的LVF和CIP的毒性显著降低，表明该系统在环境友好性方面具有显著优势。这一发现不仅为新型污染物的治理提供了理论依据，也为相关领域的实际应用提供了重要参考。

本研究的成果表明，MFO/CIS异质结作为一种新型的磁性可回收催化剂，具有广阔的应用前景。其独特的结构设计和协同机制使其在光热辅助光催化条件下能够实现高效的污染物降解。此外，该催化剂在实际应用中的可回收性和稳定性也为其推广提供了保障。未来，随着对新型污染物治理需求的不断增加，这种新型催化剂有望在环保领域发挥更大作用，为解决抗生素污染问题提供有效的技术支持。

总的来说，本研究通过设计和合成MFO/CIS异质结催化剂，为新型污染物的治理提供了一种创新的解决方案。该催化剂不仅在催化效率上表现出色，还具备良好的稳定性、可回收性和环境兼容性。其通过光热效应、内置电场效应和多金属活化机制的协同作用，能够有效提升PMS的活化能力，从而实现对多种抗生素污染物的高效降解。此外，研究团队还通过实验和计算手段，对催化剂的降解机制和生态风险进行了系统分析，为相关研究提供了重要的理论支持和实验依据。这种研究方法不仅有助于推动新型污染物治理技术的发展，也为未来环境治理提供了新的思路和方向。