钴修饰 UiO-bpydc 金属有机框架（MOF）：开启光催化降解氟喹诺酮类抗生素新征程

为解决光催化污水处理中光捕获差、氧化剂活化效率低的问题，研究人员开展了钴掺杂 UiO-bpydc MOF 的研究。结果显示，该材料可高效降解洛美沙星（LOM），其机理涉及配体到金属的电荷转移（LMCT）。这为环境修复技术提供了新方向。

　　

在当今社会，水环境中抗生素污染问题日益严峻，如同隐藏在水中的 “定时炸弹”，时刻威胁着环境与公众健康。像洛美沙星（LOM）这类第三代氟喹诺酮（FQ）抗生素，凭借其广谱抗菌特性被广泛使用。但它就像一个顽固的 “钉子户”，水溶性高、生物降解性差且环境稳定性强，常规的污水处理方法，如生物处理，对它几乎束手无策，导致它在各种水体中肆意 “扎根”，从地表水、地下水甚至 “入侵” 到饮用水中。不仅如此，它还会促使抗生素耐药菌的产生，让全球健康问题雪上加霜。

面对这一棘手难题，将绿色光催化与高级氧化工艺（AOPs）相结合的污水处理方式进入了人们的视野。然而，这条 “治水之路” 也困难重重，光捕获效果不佳和氧化剂活化效率低下成为了前进路上的 “拦路虎”。为了攻克这些难关，有研究机构的科研人员踏上了探索之旅，开展了一项关于钴掺杂 UiO-bpydc 金属有机框架（MOF）的研究，相关成果发表在《Environmental Research》上。

科研人员采用的关键技术方法主要有：通过水热法合成 UiO-bpydc，再引入钴离子对其进行修饰；运用 X 射线光电子能谱（XPS）和紫外 - 可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等手段对材料的电子结构进行分析；利用多种实验确定材料在光催化降解过程中的活性物种等。

下面来看具体的研究结果：

• 材料合成与结构分析：UiO-bpydc (Co) 的合成分为两步，先用水热法制备出 UiO-bpydc，其呈八面体形状，粒径为 2.5μm 。之后引入钴离子，部分钴离子会在 UiO-bpydc 晶体表面发生络合。XPS 和 UV-Vis DRS 分析表明，钴的掺杂显著改变了材料的电子结构。
• 光催化降解性能：在过氧单硫酸盐（PMS）存在的情况下，UiO-bpydc (Co) 展现出了惊人的光催化降解能力，30 分钟内就能使洛美沙星（LOM）的降解率达到 95.8%。研究发现，这得益于材料带隙的缩小（2.82eV），钴中心促进了电荷转移，以及富电子配体增加了对污染物的亲和力。
• 活性物种确定：研究确定了长寿命单线态氧（¹O₂，41.8%）是主要的活性物种。理论计算显示， -Co-OOSO₃桥的形成缩小了 HOMO-LUMO 能隙，这不仅促进了载流子的分离，还改善了污染物与催化剂之间的相互作用。
• 降解途径与毒性演变：研究人员明确了降解途径以及中间产物的毒性演变情况。同时发现，UiO-bpydc (Co) 稳定性极佳、可回收利用，并且对多种污染物都有良好的降解效果，展现出了在氧化环境中应用的巨大潜力。

从研究结论和讨论部分来看，钴掺杂通过促进配体到金属的电荷转移（LMCT）过程，显著提升了 UiO-bpydc MOF 对洛美沙星（LOM）的光催化降解性能。当钴的掺杂量达到 4.09 wt% 时，在可见光照射 60 分钟内，洛美沙星（LOM）的去除效率可超过 97.8%。这一研究成果意义重大，它揭示了过渡金属掺杂改变 MOF 电子结构实现特定催化反应的潜力，为设计新型高效的环境修复技术开辟了新道路，让我们在应对水环境抗生素污染问题上看到了新的希望，有望为全球水环境治理带来突破性的进展。