α-NaYF4@TiO2-Acac核壳纳米颗粒光催化降解四环素及其中间产物毒性研究

针对水体中难降解抗生素污染问题，研究人员开发了α-NaYF4:Yb,Tm@TiO2-Acac核壳纳米光催化剂，通过上转换能量转移和可见光响应机制实现6小时内90%四环素降解，并证实超氧自由基(•O2?)为主要活性物种，中间产物无毒性，为废水处理提供新策略。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的棘手难题。作为人类医疗和畜牧业中用量第二大的抗生素，四环素（TC）95%以原形排入水体，传统处理方法如生物降解、吸附等技术存在效率低下或二次污染等问题。更令人担忧的是，某些降解中间产物可能比原药物毒性更强。在这一背景下，开发能高效降解且不产生有毒副产物的新型处理技术迫在眉睫。

来自塞尔维亚矿业与冶金大学（University of Belgrade, Serbia）的Lidija Mancic团队创新性地设计了一种α-NaYF₄:Yb,Tm@TiO₂-Acac核壳纳米结构。这种材料巧妙结合了上转换发光（将不可见的近红外光转化为可见光）和配体-金属电荷转移（LMCT）双重机制，在模拟太阳光下6小时内降解了90%的四环素，且中间产物经检测无生物毒性。该成果发表于《Journal of Water Process Engineering》，为绿色废水处理提供了新思路。

研究采用水热合成法制备α-NaYF₄:Yb,Tm核，通过溶胶-凝胶法包覆TiO₂-Acac壳层，经300℃热处理后获得最终催化剂。利用X射线粉末衍射（XRPD）、高分辨透射电镜（HRTEM）等技术证实了核壳结构，稳态/瞬态荧光光谱（PL）揭示了从核到壳的能量转移途径，电子自旋共振（ESR）鉴定了活性氧物种，并通过发光细菌毒性测试评估了降解产物的生态风险。

Results and discussion部分显示：

1. 结构表征确认立方相α-NaYF₄核与锐钛矿TiO₂壳的成功构建，核壳间存在辐射重吸收和F?rster共振能量转移（FRET）两种协同机制；
2. 降解实验表明10 mg/L催化剂浓度下反应遵循伪一级动力学，超氧自由基(•O₂^?)是主要活性物种，其生成量较单纯TiO₂提升3倍；
3. 毒性测试显示降解过程中未产生有毒中间体，解决了传统光催化可能加重生态风险的隐患。

Conclusions强调：该研究首次实现了纳米尺度核壳结构在四环素降解中的应用，通过精确调控能量传递路径（包括直接辐射重吸收和FRET过程），使材料可同时利用太阳光谱中可见光与近红外部分。相较于前期报道的微米级β相材料，纳米化设计有效抑制了四环素-金属离子络合副反应，在保持高效降解的同时确保了环境安全性。这项工作为开发"全光谱响应-低毒副产物"型水处理催化剂提供了重要范式，其设计理念可延伸至其他难降解污染物的治理。