Janus型贵金属/TiO2微球纳米复合材料的光催化性能及其在微塑料降解中的应用研究

针对微塑料污染治理难题，研究人员创新设计出Ag/Au负载中空TiO2微球(HTMs)的Janus型光催化剂，通过增强光生载流子分离效率使降解活性提升60-90倍，并开发出可实际应用的SAC/Ag-5/HTMs装置，为环境修复提供新策略。

　　

微塑料污染已成为全球性环境危机，这些直径小于5毫米的塑料颗粒不仅遍布水体和土壤，更令人震惊的是研究发现人类每周可能摄入5克微塑料。传统处理方法对微塑料束手无策，而生物降解又面临效率低下等瓶颈。在此背景下，光催化技术因其能将污染物彻底矿化为CO₂和H₂O的特性备受关注，但半导体材料普遍存在光生载流子复合率高、量子效率低等核心难题。

为突破这些技术瓶颈，来自中国的研究团队创新性地将Janus结构设计理念引入光催化剂开发。他们通过溶剂热法和原位光还原法，成功制备出银/金纳米颗粒非对称负载的中空TiO₂微球(HTMs)复合材料。这种独特的结构设计使材料兼具中空微球的光捕获优势和贵金属-半导体Schottky结的电荷分离特性，相关成果发表在《Journal of Catalysis》上。

研究团队运用多学科交叉的研究方法：通过SEM/EDS/XPS进行形貌与元素分析，采用电化学表征评估光生载流子分离效率，利用EPR检测活性氧物种(ROS)，并创新性地开发了基于球形活性碳(SAC)的负载型反应装置。特别值得注意的是，实验采用实际环境水样（游泳池水含98.20 MP/L微塑料）验证实用性。

【Synthesis of Janus-like M-x/TiO₂】部分显示，通过精确调控光还原时间（x=5-10分钟），在HTMs表面选择性沉积Ag/Au纳米颗粒，形成具有空间不对称分布的Janus结构。FESEM mapping证实金属颗粒主要富集在微球上半部，这种定向分布有利于形成内建电场。

【Characterizations of series Janus-like M-x/HTMs】揭示Ag-5/HTMs的载流子分离效率达P25的90倍，Au-10/HTMs也提升60倍。电化学阻抗谱(EIS)显示电荷转移电阻显著降低，而光电流响应提高近两个数量级，证实Janus结构有效促进了电荷定向迁移。

【Application】部分展示了实际应用价值：将Ag-5/HTMs旋涂于20mm SAC载体构建的反应装置，对游泳池水中的PE微塑料实现22.4%的重量损失，FTIR显示降解后PE的C-H键振动峰明显减弱，XRD证实结晶度下降，证实了材料在实际环境中的卓越性能。

研究结论指出，Janus型M/HTMs通过四种活性物种(^·OH, O₂^-·, ¹O₂, h⁺)的协同作用实现高效降解。这项工作的重要意义在于：一方面为微塑料治理提供了可规模化的解决方案，另一方面开创性地将Janus结构设计原则应用于环境催化领域，为处理其他难降解污染物提供了新思路。该研究获得国家自然科学基金和广东省杰出青年科学基金的支持，体现了从基础研究到应用转化的完整创新链条。