CuO/TiO2异质结纳米复合材料高效光催化降解PET塑料：机制探索与环境应用突破

针对塑料污染治理难题，研究人员通过构建CuO/TiO2异质结纳米复合材料，开发出可见光驱动的PET高效降解技术。实验证实该催化剂可使PET在2小时内实现97.39%的质量损失，并通过SEM、XPS等技术阐明•OH自由基主导的降解机制，为环境微塑料治理提供了创新解决方案。

　　

塑料污染已成为全球性环境危机，其中聚乙烯 terephthalate（PET）因其优异的化学稳定性，在自然环境中需数百年才能降解，每年数百万吨的PET废弃物通过食物链威胁生态系统健康。传统处理方式如填埋和焚烧不仅造成资源浪费，还会释放温室气体。虽然已有研究尝试通过TiO₂光催化降解塑料，但其可见光利用率低、载流子复合快的缺陷严重制约了实际应用效率。

针对这一挑战，天津的研究团队创新性地设计出CuO/TiO₂异质结纳米复合材料。通过热氧化法制备的催化剂在可见光照射下，仅用2小时就使PET质量损失率达到惊人的97.39%，较原始TiO₂提升近30倍。研究还发现，碱性预处理与激光处理的协同作用可显著增强PET的可降解性。通过电子顺磁共振（EPR）等技术，团队首次明确羟基自由基（•OH）是降解过程中的关键活性物种，而CuO与TiO₂形成的p-n异质结能有效促进光生载流子分离。

研究采用多尺度表征技术：X射线衍射（XRD）确认材料晶相结构，紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis）分析光吸收特性，扫描电镜（SEM）观测材料形貌及PET表面蚀刻特征。特别设计的双步骤降解方案先通过碱性处理破坏PET结晶区，再通过光催化实现深度矿化。

【材料表征】XPS证实Cu²⁺成功掺杂，UV-Vis显示复合材料可见光吸收边红移至550nm，电化学测试显示电荷转移电阻降低80%。
【降解性能】PET薄膜经处理后出现明显孔洞结构（SEM），FTIR显示C=O键断裂形成羧酸中间体，最终矿化为CO₂和H₂O。
【机制解析】自由基捕获实验证实•OH贡献率达76%，能带分析揭示CuO的2.1eV窄带隙与TiO₂形成阶梯式能级结构，促进电子-空穴对分离。

该研究不仅实现了PET的高效降解，更开创性地提出"预处理-光催化"协同策略。团队特别指出，热氧化法具备工业化放大潜力，可通过自动化设备实现吨级生产（图S13）。这项工作为发展绿色塑料降解技术提供了全新思路，其揭示的界面电荷传输机制对设计其他环境催化材料具有重要借鉴意义。论文发表于《Vacuum》，相关技术已申请中国发明专利（No.24YFYSHZ00140）。