碳银共掺杂TiO2 滤膜光催化降解水中杀菌剂：高效太阳能驱动的环境修复新策略

本研究针对TiO2 光催化剂带隙宽（3.0–3.2?eV）和电子-空穴（e- /h+ ）复合率高的难题，通过溶胶-凝胶法制备碳（C）和银（Ag）掺杂TiO2 滤膜，在自然光下高效降解持久性杀菌剂多菌灵（carbendazim）。结果表明，C掺杂滤膜（0.7?g/mL淀粉/TTiP比，550–600?°C煅烧）降解率达88–100%，其Ti-O-C结构仅降低带隙0.11?eV；而0.1?M Ag掺杂滤膜通过表面等离子共振（SPR）使带隙降低1.01–1.11?eV，但存在多菌灵强吸附问题。该研究为偏远地区太阳能驱动水处理提供了简易方案。

　　

在环境污染治理领域，TiO₂
光催化技术因其低成本、耐腐蚀等优势备受关注，但其宽带隙（3.0–3.2?eV）导致仅能利用太阳光中4–5%的紫外成分，且电子-空穴对（e^-
/h⁺
）快速复合严重制约效率。更棘手的是，传统研究多聚焦于染料降解（如罗丹明B、甲基橙），这些物质本身具有光敏性，难以真实反映催化性能。而多菌灵作为全球广泛使用的持久性杀菌剂，对水生生物和人类生殖健康具有长期危害，其在pH?5–7环境中极难水解，常规处理束手无策。

针对这些痛点，泰国研究人员Paradee Chuaybamroong团队创新性地采用市售马铃薯淀粉为碳源，通过溶胶-凝胶法在滤膜上制备C/Ag掺杂TiO₂
催化剂。研究系统优化了淀粉/TTiP比例（0.3–1.1?g/mL）、煅烧温度（450–650?°C）和升温速率（2–10?°C/min），并与不同浓度Ag掺杂（0.025–0.1?M）滤膜对比。关键技术包括：1）X射线光电子能谱（XPS）分析掺杂化学态；2）Tauc曲线计算带隙变化；3）一级动力学模型评估降解效率；4）自然光照射实验（区别于人工光源研究）。

Carbendazim降解效率
在0.7?g/mL淀粉/TTiP比、550–600?°C煅烧和4?°C/min升温速率条件下，C-TiO₂
滤膜对多菌灵的降解率达88–100%，一级动力学常数k为0.006–0.015?min^?1
。XPS证实C原子取代Ti形成Ti-O-C键，带隙仅降低0.11?eV，但可见光吸收显著增强。

C与Ag掺杂性能对比
C-TiO₂
效率优于0.025?M?Ag-TiO₂
，与0.05?M?Ag-TiO₂
相当，但低于0.1?M?Ag-TiO₂
。然而Ag掺杂滤膜出现多菌灵强吸附现象，而C掺杂滤膜无此问题。Ag⁰
的SPR效应在TiO₂
导带下形成新电子态，使带隙降低达1.11?eV。

结论与意义
该研究首次证实马铃薯淀粉衍生的C-TiO₂
滤膜在自然光下对持久性杀菌剂的高效降解能力，其Ti-O-C取代机制稳定且避免吸附问题。虽然Ag掺杂带隙调控更显著，但实际应用需权衡吸附效应。成果发表于《Applied?Surface?Science》，为发展中国家太阳能驱动的水处理提供了"接地气"的解决方案——无需复杂设备，仅需滤膜和阳光即可实现环境污染物清除，这对缺乏电力基础设施的偏远地区具有重要实践价值。