通过先进的光催化工艺，在可见光下评估混合MoS?-Ce?Sn?O?/HfO?纳米结构对提高CO释放速率和高效降解四环素的效果

《Surfaces and Interfaces》：Evaluation of Hybrid MoS?-Ce?Sn?O?/HfO? Nanostructures for Enhanced CO Evolution Rate and Efficient Tetracycline Degradation via Advanced Photocatalytic Processes under Visible Light

MoS?–Ce?Sn?O?/HfO?异质结通过水热法合成并经热处理，具有高效可见光响应的CO生成和四环素降解性能，比单一MoS?提升1.9倍CO产率，80分钟降解率达95.45%。

　　本文介绍了一种新型的三元复合光催化剂MoS?–Ce?Sn?O?/HfO?的合成及其在可见光驱动下同时实现CO生成和四环素（TC）降解的应用。随着全球环境污染的加剧，特别是有机污染物如药物残留、染料和工业化学品的排放，对高效光催化剂的需求变得尤为迫切。与此同时，化石燃料的使用带来了严重的环境问题，促使人们寻找可再生能源的替代方案。光催化技术因其能够在太阳能或可见光照射下分解污染物并生成清洁能源，如氢气或一氧化碳，而受到广泛关注。

MoS?作为一种过渡金属二硫属化合物，因其独特的层状结构、可调节的带隙以及优异的催化活性而备受瞩目。它在多种反应中表现出色，包括氢气生成和污染物降解。然而，单独使用MoS?在可见光下的活性有限，这促使研究者探索与其他材料的复合体系。Ce?Sn?O?作为一种混合金属氧化物，具有窄带隙、强光吸收能力和出色的催化性能，使其成为可见光驱动光催化反应的理想材料。HfO?作为一种宽禁带半导体，虽然本身在可见光下吸收能力较弱，但其作为支撑材料或助催化剂时，能够有效促进电子-空穴对的分离，延长光响应范围，并提升整体催化效率。

本文提出的MoS?–Ce?Sn?O?/HfO?复合体系通过优化材料组合和反应条件，成功实现了高效的光催化性能。研究团队采用水热辅助法合成前驱体，随后通过可控煅烧形成稳定的纳米结构。该结构具有高结晶度、增强的可见光吸收能力和较大的比表面积，为光催化反应提供了理想的物理和化学环境。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积分析（BET）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致发光（PL）和X射线光电子能谱（XPS）等手段，研究人员验证了复合材料的成功合成及其结构特性。

该复合体系通过Z-方案机制实现了高效的电荷分离。Z-方案是一种特殊的异质结结构，能够有效抑制电荷复合，提高光催化效率。电荷的高效分离是光催化反应的关键，因为它决定了反应物能否被有效激活并转化为产物。在可见光照射下，该复合体系表现出显著的CO生成速率，达到520 μmol·g?1·h?1，远高于纯MoS?的270 μmol·g?1·h?1。这一结果表明，MoS?–Ce?Sn?O?/HfO?复合体系在太阳能燃料生产方面具有巨大的潜力。

同时，该复合体系在降解TC方面也表现出色。在可见光照射下，TC的降解效率达到了95.45%，并且其降解速率常数为0.045 min?1，远超单一或二元组分的性能。TC是一种常见的抗生素污染物，其在水体中的残留不仅影响水质，还可能导致抗生素耐药性的传播。因此，开发高效的TC降解材料对于环境保护具有重要意义。该复合体系不仅在降解TC方面表现出色，还展现出良好的稳定性，能够在多次循环中保持高效的催化活性，这为实际应用提供了保障。

本文的研究还强调了异质结设计和表面修饰在提升光催化性能中的关键作用。通过合理选择材料组合和优化反应条件，研究人员能够有效调控材料的物理化学性质，如比表面积、电子迁移率和光响应范围，从而提升其在光催化反应中的表现。此外，该研究还通过机理分析，揭示了复合体系中活性物种的生成路径，包括活性氧物种（ROS）的形成及其在污染物降解和CO生成中的作用。通过自由基清除实验和电子自旋共振（ESR）光谱分析，研究人员进一步确认了这些活性物种在反应中的关键地位。

在实验设计方面，研究团队系统地调整了合成参数，如HfO?的负载量、水热反应温度和反应时间，以优化复合材料的性能。通过对比不同参数对CO生成和TC降解的影响，研究人员能够确定最佳的合成条件，从而确保复合材料在实际应用中具有最高的效率和稳定性。这些参数的优化不仅提高了材料的性能，也为未来类似材料的设计提供了参考。

此外，该研究还探讨了MoS?–Ce?Sn?O?/HfO?复合体系在环境修复和清洁能源生产中的潜在应用。由于其优异的催化性能和稳定性，该材料有望在废水处理和太阳能燃料生成等领域发挥重要作用。特别是在处理含抗生素的废水时，该材料能够有效降解TC，减少抗生素耐药性的传播风险，为解决这一全球性环境问题提供了新的思路。

研究团队在实验过程中还注重了材料的可重复性和可扩展性。通过多次循环实验，研究人员验证了该复合体系在实际应用中的可行性。材料的长期稳定性对于其在工业和环境应用中的推广至关重要，因为实际应用中往往需要材料在恶劣条件下持续发挥作用。此外，该复合体系的合成方法相对简单，易于规模化生产，这为其未来的商业化应用奠定了基础。

从材料科学的角度来看，本文的研究展示了如何通过合理设计和优化材料结构，提升光催化性能。MoS?–Ce?Sn?O?/HfO?复合体系的成功合成不仅依赖于材料的物理化学性质，还涉及其界面相互作用和电子传输路径的调控。这种多材料协同作用的策略为开发高效、稳定的光催化剂提供了新的方向，也为解决当前光催化领域中存在的挑战提供了可能的解决方案。

本文的研究还具有重要的现实意义。随着全球对清洁能源和环境治理的需求日益增长，开发高效、低成本的光催化剂成为科研人员关注的焦点。MoS?–Ce?Sn?O?/HfO?复合体系不仅在性能上优于现有材料，还具备良好的稳定性和可重复性，这使其在实际应用中更具优势。此外，该体系的多功能性使其能够同时应对多种环境问题，如污染物降解和CO生成，从而提高其应用价值。

总的来说，本文的研究为光催化技术的发展提供了新的思路和方法。通过结合MoS?、Ce?Sn?O?和HfO?的优势，研究人员成功设计出一种高效的复合光催化剂，能够同时实现CO生成和TC降解。该研究不仅在理论上拓展了对光催化机制的理解，还在应用层面展示了其在解决环境和能源问题中的潜力。未来，随着进一步的研究和优化，这种复合体系有望在更广泛的领域中得到应用，为实现可持续发展和环境保护做出贡献。