脉冲反向电化学法制备 Ag-TiO2复合材料：开启光催化与抗菌性能新征程

印染等行业排放的甲基橙（MO）等有机污染物难以用传统方法去除，危害人体健康。研究人员利用脉冲反向电流（PRC）电沉积法，在绿色电解液中制备 Ag-TiO2复合材料。结果显示该材料光催化和抗菌性能优异，为环境治理和抗菌领域提供了新方向。

　　在环境与健康领域，有机污染物和有害微生物一直是令人头疼的问题。就拿印染行业来说，排放的甲基橙（MO）这种有机染料，化学性质稳定，常规的水净化方法对它几乎束手无策。它不仅会污染水体，还会对人体健康造成极大危害，长期饮用含有 MO 的水，可能引发头疼、贫血甚至更严重的疾病。而二氧化钛（TiO₂）作为一种半导体氧化物，虽然在光催化降解污染物方面有一定潜力，但它只能吸收紫外线（UV），对可见光的利用效率极低，这大大限制了其实际应用。为了突破这些困境，来自多个研究机构的科研人员开展了深入研究，相关成果发表在《Applied Surface Science Advances》上。

研究人员采用了脉冲反向电流（PRC）电沉积法，在深共晶溶剂（DESs）这种绿色电解液中制备 Ag-TiO₂复合材料。他们运用了多种关键技术方法，其中包括 X 射线衍射（XRD）技术，用于分析材料的晶体结构；扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），用来观察材料的形貌和微观结构；还有紫外 - 可见漫反射光谱（DRS），以研究材料的光吸收特性。通过这些技术，对复合材料的结构、形貌以及光催化和抗菌性能进行全面探究。

在电化学合成与表征方面，研究人员通过调整 PRC 参数，如改变 T_off时长和电沉积时间，制备了一系列 Ag-TiO₂复合材料。XRD 分析发现，T_off为 200 ms 时，复合材料的微晶尺寸最小。随着电沉积时间延长，Ag 含量增加，3 h 时出现银的衍射峰，6 h 时还生成了 Ag₂O。TEM 图像清晰地展示出 Ag NPs 附着在 TiO₂ NPs 表面，平均粒径为 19.5 ± 10 nm。DRS 结果表明，复合材料在 400 - 650 nm 出现宽吸收峰，对应 Ag NPs 的局域表面等离子体共振（LSPR），但电沉积时间过长会导致吸收下降 。

光催化实验中，研究人员以 MO 染料降解为模型反应，在 UV 和可见光照射下评估复合材料的光催化活性。结果令人惊喜，Ag-TiO₂复合材料的光催化效率明显高于纯 TiO₂。在可见光下，Ag-TiO₂–3 h 复合材料的降解效率几乎是纯 TiO₂的两倍。通过 Langmuir - Hinshelwood（LH）模型计算反应速率常数，发现 Ag-TiO₂–3 h 在 UV 和可见光下的降解速率最快。不过，当电沉积时间从 3 h 增加到 6 h，由于 Ag NPs 团聚，光催化活性有所下降。此外，对 Ag-TiO₂–3 h 复合材料进行稳定性测试，发现重复使用后其光催化效率略有降低，这主要是因为有机染料吸附在材料表面 。

抗菌活性研究中，研究人员以大肠杆菌（E. coli）和枯草芽孢杆菌（B. subtilis var spizizenii）为测试菌株，评估材料的抗菌性能。结果显示，Ag 的加入显著提高了材料的抗菌活性，尤其是对革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌的抑制效果更为明显。

在机制分析方面，研究人员通过自由基捕获实验，使用乙二胺四乙酸二钠（Na₂EDTA）、异丙醇（IPA）和苯醌（BQ）分别捕获空穴（h⁺）、羟基自由基（?OH）和超氧自由基（?O₂^?） 。结果表明，?O₂^?是降解 MO 的主要活性物种。在光照射下，Ag-TiO₂复合材料产生的电子 - 空穴对与水和氧气反应，生成具有强氧化性的活性氧物种（ROS），这些 ROS 能够分解污染物和破坏细菌细胞膜，从而实现光催化降解和抗菌的效果。

综合来看，这项研究成功制备了具有优异光催化和抗菌性能的 Ag-TiO₂复合材料。该材料在环境修复领域，可用于分解有机污染物，净化水体；在抗菌方面，对革兰氏阳性菌和阴性菌都有良好的抑制作用，有望成为一种高效的杀菌剂。不过，目前该研究仍存在一些需要进一步探索的地方，比如如何扩大 Ag-TiO₂复合材料的生产规模，以及怎样将其与其他可持续材料结合，进一步提升性能。但无论如何，这项研究为解决环境和健康领域的难题提供了新的思路和方法，具有重要的理论意义和实际应用价值，相信在未来会有更广阔的发展前景。