球磨法制备Sm2 O3 @AgCl S型异质结光催化剂高效降解混合抗生素与染料

为解决水体中混合抗生素与染料难降解问题，研究人员通过球磨法构建了Sm2 O3 @AgCl S型异质结光催化剂（SA30），其核心-壳结构显著提升载流子分离效率，对甲基橙（MO）、罗丹明B（RhB）、四环素（TC）等污染物降解率高达82%-100%，并通过质谱分析证实中间产物毒性降低。该研究为复杂废水处理提供了高效绿色解决方案。

　　

随着工业快速发展，水污染问题日益严峻，尤其是混合抗生素和染料废水的处理成为环境治理的难点。这类污染物不仅毒性强、稳定性高，还可能诱发耐药菌的产生，威胁生态安全和人类健康。传统光催化技术多针对单一污染物，而实际废水成分复杂，亟需开发能同步降解多种污染物的高效催化剂。

针对这一挑战，四川某高校绿色化学重点实验室的研究团队在《Applied Surface Science》发表了一项创新研究。他们巧妙利用稀土氧化物Sm₂
O₃
的强还原性与卤化银AgCl的氧化特性，通过简易球磨法构建了具有核壳结构的Sm₂
O₃
@AgCl S型异质结光催化剂（S-scheme heterojunction）。这种设计既解决了Sm₂
O₃
自身光腐蚀严重、载流子复合快的缺陷，又通过界面调控实现了光生电子-空穴对的高效分离。

研究采用X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）确认材料结构，通过紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）分析光吸收性能，并利用电化学阻抗（EIS）和光电流测试验证载流子传输效率。自由基捕获实验结合电子顺磁共振（EPR）技术揭示了活性物种的作用机制，质谱（MS）和毒性模拟（TEST）则评估了降解路径与产物毒性。

结构表征与光响应特性
XRD证实成功制备立方相Sm₂
O₃
（JCPDS 88-2166）与AgCl（JCPDS 31-1238）复合物。TEM显示AgCl均匀包覆在Sm₂
O₃
表面形成紧密界面，这种核壳结构提供了大量反应位点。UV-Vis显示复合材料可见光吸收显著增强，带隙计算表明其符合S型机制的能量匹配要求。

降解性能与机制
优化配比的SA30样品（30% AgCl）表现最优：对RhB的降解速率常数达0.753 min^-1
，对五组分混合体系（MO+RhB+MB+TC+NOF）仍保持90%以上效率。EPR检测到超氧自由基（·O₂
^-
）和羟基自由基（·OH）信号，证实S型异质结保留了Sm₂
O₃
导带强还原性（-0.55 V）与AgCl价带强氧化性（3.04 V），实现了氧化还原能力的最大化。

环境适用性与毒性评估
SA30在pH 3-11范围内保持稳定，且抗离子干扰能力强。MS分析显示NOF的哌嗪环断裂是主要降解路径，TEST模拟证实中间产物的生物毒性显著降低。循环实验表明催化剂经5次使用后效率仅下降4.7%，凸显其工程应用潜力。

该研究不仅为复杂废水处理提供了新型高效催化剂，更通过S型异质结设计策略为多污染物协同降解提供了理论指导。研究者Yan Quan团队开发的球磨法工艺简单、成本低廉，易于规模化生产，对推动光催化技术在实际废水处理中的应用具有重要价值。未来可进一步研究该材料在太阳光驱动下的实际废水处理性能及长期稳定性。