银/钬共掺杂与还原氧化石墨烯协同增强钴铝尖晶石的光催化及抗菌性能研究

本研究针对工业废水中有机污染物难降解和病原菌污染问题，通过共沉淀-超声法制备了Ag/Ho共掺杂钴铝尖晶石(Ag/Ho/CoAl2O4@rGO)纳米复合材料。该材料将CoAl2O4带隙从1.94 eV降至1.73 eV，在150分钟阳光照射下对罗丹明B(RhB)和苯并咪唑的降解率分别达95.9%和89%，并对金黄色葡萄球菌(S.A)和肺炎克雷伯菌(K.P)表现出显著抑菌效果(抑菌圈12/11 mm)，为水处理提供了新型多功能材料。

　　

随着工业废水排放量激增，含有致癌染料、药物和农药的有机污染物严重威胁饮用水安全。传统水处理技术如反渗透等难以彻底降解复杂有机物，而1972年发现的TiO₂光催化技术虽具潜力，但其宽带隙限制了可见光利用效率。尖晶石型钴铝酸盐(CoAl₂O₄)因化学稳定性高、光响应性好成为研究热点，但纯相材料存在光生载流子复合快、可见光吸收不足等缺陷。沙特阿拉伯哈弗尔巴廷大学的研究团队通过金属掺杂和碳材料复合策略，开发出兼具高效光催化与抗菌性能的Ag/Ho/CoAl₂O₄@rGO纳米复合材料，相关成果发表于《Materials Chemistry and Physics》。

研究采用共沉淀法合成系列钴铝酸盐：原始CoAl₂O₄(CA)、单掺杂Ag/CoAl₂O₄(ACA)和Ho/CoAl₂O₄(HCA)、共掺杂Ag/Ho/CoAl₂O₄(AHCA)，并通过超声辅助法将AHCA与还原氧化石墨烯(rGO)复合。利用XRD、UV-Vis等技术表征材料结构，通过RhB和苯并咪唑降解实验评价光催化性能，采用抑菌圈法测试对革兰氏阳性菌(S.A)和阴性菌(K.P)的抑制作用。

X射线衍射分析
XRD证实所有样品均形成立方尖晶石结构，Ag/Ho共掺杂使(311)晶面衍射峰向低角度偏移，表明金属离子成功进入晶格。rGO复合后出现26°的宽峰，对应石墨烯的(002)晶面。

光催化降解罗丹明B
AHCA@rGO展现最优性能：150分钟自然光照射下RhB降解率达95.9%，较纯CA(65.2%)提升显著。动力学分析表明其表观速率常数是CA的3.6倍，归因于rGO促进电荷分离及掺杂金属的等离子体效应。

抗菌性能研究
40 mg/mL的AHCA@rGO对S.A和K.P的抑菌圈分别为12 mm和11 mm，优于单一组分。机理分析表明其通过产生活性氧(·O₂^-、H₂O₂和·OH)破坏细菌细胞膜，且rGO的锋利边缘可物理切割细菌。

该研究创新性地将贵金属Ag与稀土Ho共掺杂策略与rGO复合技术相结合，使材料带隙降低10.8%，可见光吸收范围拓宽至650 nm。四次循环后RhB降解率仍保持92%，证实其良好稳定性。研究成果为开发"光催化-抗菌"双功能水处理材料提供了新思路，尤其适用于含难降解有机物和病原体的工业废水治理。材料中rGO的导电网络与金属掺杂的协同效应，为设计高效环境修复材料开辟了新途径。