可见光诱导CeO2-TiO2/g-C3N4异质结催化剂的开发及其对抗生素污染物的高效降解机制研究

针对水体中抗生素（如四环素TC）污染难题，研究人员通过构建CeO2-TiO2/g-C3N4三元异质结催化剂，在可见光下实现98.13%的TC降解率（k=0.0628 min?1），显著优于二元体系。该研究通过EPR分析揭示·OH和O2·?为关键活性物种，为环境污染物治理提供高效可持续解决方案。

　　

抗生素滥用导致的生态环境危机已成为全球性问题，其中四环素类抗生素（TC）因其稳定性强、生物累积性高，不仅诱发耐药基因传播，更可能通过食物链威胁人类健康。传统水处理技术难以有效降解这类"顽固分子"，而光催化技术虽具潜力，却受限于电荷复合率高、可见光利用率低等瓶颈。为此，King Khalid University（沙特阿拉伯哈利德国王大学）的研究团队创新性地设计出"三明治"结构的CeO₂-TiO₂/g-C₃N₄异质结催化剂，相关成果发表于《Journal of Water Process Engineering》。

研究采用水热辅助沉淀法构建三元体系，通过SEM、EPR等技术表征材料特性，并系统考察催化剂负载量、pH值等参数影响。关键发现包括：1）形貌表征显示g-C₃N₄的层状结构有效分散CeO₂-TiO₂纳米颗粒；2）光学测试证实异质结使光吸收边红移至550nm；3）自由基捕获实验证实·OH和O₂^·?是降解TC的主要活性物种。

在"催化剂性能评估"部分，三元体系60分钟内TC降解率达98.13%，动力学常数k值（0.0628 min^?1）较二元体系提升2-4倍，这归因于：1）g-C₃N₄的2.7eV窄带隙增强可见光捕获；2）异质结界面形成的Z型机制促进e^?-h⁺分离。"机理探究"通过EPR检测到DMPO-·OH和DMPO-O₂^·?特征信号，验证了自由基主导的降解路径。

该研究突破性地将宽禁带半导体（CeO₂/TiO₂）与类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）耦合，通过能带工程构建高效Z型异质结。Amal Abdulrahman团队的工作不仅为抗生素污染治理提供新材料，其"金属氧化物-非金属半导体"协同策略更为环境催化领域开辟新思路。值得注意的是，催化剂经5次循环后仍保持92%活性，兼具实用性与经济性，对实现联合国可持续发展目标（SDG 6）具有重要实践意义。