铝铜共掺杂BiOBr的制备及其可见光驱动抗菌机制与性能研究

本综述系统探讨了通过溶剂热法合成铝铜共掺杂BiOBr（2ACBB）微球的设计策略及其可见光催化抗菌机制。研究通过双金属掺杂协同调控能带结构，引入氧空位（OVs）以窄化带隙（2.69?eV），显著提升可见光吸收与电荷分离效率。优化后的材料展现高比表面积（27.64?m2/g）及3.2倍于纯BiOBr的光电流响应，并通过EPR证实超氧自由基（·O2?）和电子（e?）为主导活性物种，实现对金黄色葡萄球菌（99.99%）和大肠杆菌（97.99%）的高效灭活，为金属离子掺杂光催化材料的抗菌应用提供新视角。

　　

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Materials

五水合硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O, 99%）、溴化钾（KBr, 99%）、三水合硝酸铜（Cu(NO₃)₂·3H₂O）、九水合硝酸铝（Al(NO₃)₃·9H₂O）及乙二醇（(CH₂OH)₂, AR）购自麦克林试剂。草酸铵（C₂H₈N₂O₄, AR）、异丙醇（C₃H₈O, AR）、1,4-苯醌（C₆H₄O₂, AR）、过氧化氢酶（CAT, 98%）与铬酸钾（K₂CrO₄, AR）购自大茂试剂。配制LB培养基所需试剂（如胰蛋白胨、酵母提取物等）均采用分析纯级。

Characterization of the morphology and microstructure of the material

通过XRD图谱分析了掺杂前后光催化剂的晶体结构演变。如图2所示，所有催化剂均呈现与BiOBr四方相（JCPDS 09-0393）匹配的特征布拉格衍射峰，证实Al/Cu掺杂未改变BiOBr的结构完整性。值得注意的是，（110）晶面衍射强度在所有样品中均占主导，表明晶体沿该方向优先生长。掺杂后样品未检测到铝或铜氧化物杂峰，说明金属离子成功融入BiOBr晶格。随掺杂量增加，（110）峰强度逐渐降低且半峰宽增大，表明晶粒尺寸减小与结晶度适度下降，这源于Al³⁺（0.051?nm）与Bi³⁺（0.096?nm）的离子半径差异引发的晶格畸变。

Conclusions

本研究通过简易溶剂热法成功合成了可见光驱动（VLD）铝铜共掺杂BiOBr花状光催化抗菌剂，显著提升了材料的可见光催化活性与杀菌性能。杂质能级的引入优化了BiOBr的能带结构，从而改善了光生载流子的分离与传输效率。尤为重要的是，Cu²⁺与Al³⁺的共掺杂协同诱导了氧空位（OVs）形成，促进了超氧自由基（·O₂^?）和电子（e^?）的生成，最终通过破坏细菌膜完整性及代谢过程实现高效抗菌。