双齿螯合羧酸配体原位修饰绣球花型TiO2增强光催化活性及其环境修复应用

针对工业废水中有机染料难降解问题，研究人员通过乙酸(HOAc)原位修饰绣球花型TiO2，构建稳定的电荷转移复合物(CTC)。该修饰通过配体-金属电荷转移(LMCT)效应增强导带电子还原能力，协同氧空位(Ov)调控能带结构，实现15分钟内99.7%的RhB降解效率，为碱性废水处理提供创新解决方案。

　　

随着城市化进程加速，纺织、造纸等行业排放的罗丹明B(RhB)等有机染料对水体造成严重污染。这些物质具有致癌、致突变特性，而传统处理方法如活性炭吸附难以彻底降解。二氧化钛(TiO₂)虽具优异光催化性能，但其宽禁带(3.0-3.2 eV)导致仅能利用5%的太阳光谱，且载流子复合快(<10 ns)。现有改性策略如元素掺杂、染料敏化等存在成本高、工艺复杂等缺陷。

中国国家自然科学基金支持的研究团队在《Applied Surface Science》发表论文，开发了乙酸原位修饰绣球花型TiO₂的新方法。通过水热合成结合液相修饰技术，利用X射线衍射(XRD)和电子顺磁共振(EPR)表征材料结构，结合光电化学测试和自由基捕获实验，系统研究了修饰机制。

催化剂形貌与结构
XRD证实修饰后的TiO₂保持锐钛矿晶型，但(101)晶面衍射峰强度降低，表明HOAc优先吸附在该晶面。EPR检测到g=2.003的特征信号，证实氧空位(O_v)形成。

光催化性能
最优修饰样品在pH=9时15分钟内降解99.7% RhB，速率常数(k=0.268 min^-1)是未修饰TiO₂的2.97倍。循环5次后效率仍保持86.2%，在河水、自来水等复杂水体中均表现稳定。

作用机制

1. HOAc通过双齿螯合形成Ti-O-CO-CH₃键，产生LMCT效应将电子注入TiO₂导带(CB)
2. 羧基作为空穴捕获剂抑制e^--h⁺复合
3. O_v作为电子陷阱促进电荷分离，同时使价带(VB)上移0.12 eV增强氧化能力

该研究创新性地通过简单液相修饰实现三重协同效应，解决了传统TiO₂在碱性条件下性能衰减的难题。所开发的催化剂在真实水样中保持高效稳定，为工业废水处理提供了经济可行的解决方案，对推动光催化技术实际应用具有重要指导意义。