Z-型Ti3 C2 MXene@CeO2 异质结构高效无二次污染光催化降解抗癌药物多柔比星的研究

本研究针对新兴有机污染物（EOCs）中高毒性抗癌药物多柔比星（DOX）的复杂结构和环境风险，通过原位声化学法构建Z-型Ti3 C2 MXene@CeO2 （MX@CeO2 ）异质结构，实现96%的可见光催化矿化效率，并证实降解产物无细胞毒性，为环境修复提供安全高效的解决方案。

　　

抗癌药物多柔比星（Doxorubicin, DOX）作为临床常用化疗剂，其环境残留对生态系统和人类健康构成严重威胁。由于DOX具有水溶性高、结构复杂且易转化为代谢中间体的特性，传统水处理技术难以实现高效降解，甚至可能产生二次污染。如何实现DOX的无害化降解成为环境科学领域的重大挑战。

针对这一问题，来自国外研究机构的研究团队创新性地设计了一种Z-型Ti₃
C₂
MXene@CeO₂
（MX@CeO₂
）异质结构光催化剂。该研究通过原位声化学法在Ti₃
C₂
MXene表面生长CeO₂
壳层，利用MXene的表面缺陷和负电性官能团锚定Ce原子，形成稳定的核壳结构。这种独特的异质结构不仅显著提升了可见光吸收效率，还通过Z-型电荷转移机制抑制了电子-空穴复合，最终在240分钟内实现96%的DOX降解率，且降解产物经证实无细胞毒性。相关成果发表在《Nano Materials Science》上，为有毒有机污染物的绿色治理提供了新思路。

研究团队采用多项关键技术：通过选择性蚀刻和超声剥离制备单层Ti₃
C₂
MXene；利用原位声化学法调控CeO₂
壳层生长；结合X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱分析界面电子转移；采用高效液相色谱（HPLC）和SRB细胞毒性实验验证降解产物的安全性。

研究结果

1. MX@CeO₂
   异质结构的形貌分析
   透射电镜显示CeO₂
   通过Ti空位和表面官能团在MXene上非聚集生长，形成厚度1-2 nm的核壳结构，XRD证实CeO₂
   壳层结晶度随浓度增加而提升。

2. 光学与电荷传输特性
   紫外可见漫反射光谱显示异质结构带隙从3.12 eV降至2.84 eV，PL光谱表明界面电荷迁移效率提高。电化学阻抗谱（EIS）证实异质结构具有更低的电荷转移电阻。

3. DOX光降解性能
   在pH 7条件下，MX@CeO₂
   （0.3 M）表现出129.1×10^-4
   min^-1
   的表观降解速率，自由基捕获实验证实·OH和h⁺
   是主要活性物种。

4. 安全性验证
   HPLC显示DOX特征峰完全消失，SRB实验表明降解后细胞存活率达92%，显著优于纯DOX处理的20%存活率。

这项研究通过精准设计Z-型异质结构，实现了DOX的高效矿化与安全去除。其重要意义在于：首次报道MXene@CeO₂
核壳结构用于DOX降解；建立的"吸附-光催化-矿化"协同机制为其他难降解污染物处理提供范式；细胞毒性评估体系为环境催化剂的生物安全性设立新标准。该工作将推动MXene基材料在环境修复领域的应用发展。