通过构建金属有机框架衍生的MnFe?O?@C异质结提升MoS?压电催化活性，实现四环素的高效修复

《Journal of Water Process Engineering》：Boosted piezocatalytic activity of MoS 2 via constructing MOF-derived MnFe 2O 4@C heterojunction for efficient tetracycline remediation

　　磁性可分离的 MFO@C/MoS? II 型异质结通过 MOF 衍生和水热路线制备。界面 Mo–O–Mn/Fe 键促进载流子分离。h? 和 ·OH 主导压电催化；最优 MCM-15 实现四环素高效去除且具有可回收性。**引言**随着抗生素在临床治疗、畜牧业和水产养殖中的广泛使用，全球水生环境中频繁检出持续性抗生素残留，对水生生态系统和人类健康构成严重威胁。低浓度抗生素污染物难以通过常规水处理工艺完全消除，其长期积累可导致抗生素抗性细菌和抗生素抗性基因的增殖，进一步引发潜在的生态和公共卫生风险。因此，亟需开发高效、绿色和可持续的抗生素修复高级水净化技术。压电催化作为近年来兴起且具有吸引力的先进氧化工艺，在环境修复领域备受关注。与受光照条件限制的光催化不同，压电催化可通过压电效应将无处不在的机械能（超声波振动、水流湍流）转化为化学能。机械变形会在压电材料中诱发自发极化和内建电场，有效分离电子和空穴以产生活性氧物种用于消除污染物。此外，压电诱导的电子可触发自在氧还原反应产生过氧化氢，这是一种绿色氧化剂，可进一步补充活性自由基并辅助难降解有机污染物的降解。因此，压电催化展现出低能耗、环保和全天候运行的独特优势，在抗生素污染水处理方面展现出巨大的应用潜力。二硫化钼作为典型的二维层状压电材料，凭借其优异的压电响应、大比表面积和丰富的活性位点在压电催化中得到广泛应用。然而，压电产生载流子的快速复合和不足的电荷转移效率严重限制了其实际催化性能，极大地制约了纯 MoS? 的抗生素降解效率和原位 H?O? 生产能力。为了解决原始 MoS? 严重的载流子复合问题，已探索了多种改性策略用于催化应用，包括缺陷工程、异质原子掺杂和复合构建。缺陷工程可引入极性活性位点并调节能带结构，但过量缺陷也可能成为新的电荷复合中心。元素掺杂可有效调节 MoS? 的本征电子性质，但在长期超声激发下往往存在掺杂量有限和掺杂位点不稳定的问题。与其他半导体构建异质结是一种有前景的替代方案，可建立内建电场以空间分离压电产生的载流子。然而，许多此前报道的基于 MoS? 的异质结仍面临界面接触弱和电荷转移效率不足等问题。金属-有机框架衍生金属氧化物@碳复合材料凭借其可控的结构、均匀分布的金属活性位点和导电碳网络，在催化领域引起了广泛关注。Fe/Mn 双金属复合材料具有优异的氧化还原性能和电导率，有利于电子转移和催化反应动力学。具体而言，具有良好铁磁性和电化学性能的锰铁氧体可有效与压电材料耦合以促进界面电荷迁移。同时，由 Mn–Fe MOF 原位衍生的碳基质不仅可提高 MnFe?O? 纳米颗粒的结构稳定性和分散性，还可构建导电网络以进一步促进电荷传输。因此，构建 MnFe?O?@C/MoS? 异质结有望有效克服纯 MoS? 的固有缺陷，实现压电效应与双金属氧化还原反应的协同耦合，并显著增强抗生素的去除效率。在本工作中，通过 Mn–Fe MOF 衍生策略结合简便的水热方法，成功制备了一系列 MFO@C/MoS? 异质结复合材料。系统表征了所制备复合材料的形貌结构、晶相、电化学和压电性能。以典型抗生素污染物盐酸四环素为目标污染物，在超声激发下全面研究了优化 MFO@C/MoS? 的压电催化降解性能，并研究了原位压电产生的 H?O? 作为抗生素降解的辅助增强途径。通过自由基捕获实验和电化学测试深入探索了异质结界面电荷分离、压电响应和活性氧物种产生之间的协同机制。本工作可能为高效压电催化剂的设计和制备提供可行的 MOF 衍生材料改性策略，并为抗生素污染废水的修复提供新的见解。**章节摘要****化学品**在本工作中，合成和表征材料均使用分析级试剂，且未经进一步纯化即可使用。选用光谱级溶剂，所有溶液配制均使用电阻率超过 18 MΩ 的超纯水。**MFO@C 的制备**首先，通过一步溶剂热法制备 Mn–Fe MOF。具体而言，将 Mn(NO?)?·4H?O 和 Fe(NO?)?·9H?O 分散在 N,N-二甲基甲酰胺中。**SEM/TEM 分析**图 1a 和 1b 分别展示了 Mn–Fe MOF 前驱体和 MFO@C 的 SEM 图像。Mn–Fe MOF 前驱体由致密光滑的纳米球组成。经过热解处理后，MOF 的有机配体被碳化，并原位形成 MnFe?O? 纳米颗粒，导致 MFO@C 微球表面多孔且粗糙，表明从 MOF 前驱体到 MFO@C 的成功转化。原始 MoS? 样品表现出典型的三维分级结构。**结论**在本研究中，通过 MOF 衍生热解结合原位水热策略，成功制备了磁可回收的 MFO@C/MoS? 异质结压电催化剂。表征表明，在 n-MoS?/p-MFO@C 异质结界面构建了紧密的 Mo–O–Mn/Fe 共价桥接键。得益于这种共价界面连接，实现了压电产生的电子和空穴的高效空间分离，这通过光致发光猝灭得到了证实。**CRediT 作者贡献声明****马创：** 撰写初稿，数据管理，概念化。**刘雪梅：** 撰写审阅与编辑，监督指导，项目管理，资金获取。**刘占萌：** 资源提供，方法学，调查研究，形式分析。**利益冲突声明**作者声明，他们没有已知的相互冲突的财务利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报道的工作。**致谢**本研究得到国家自然科学基金（项目编号：52260005）的支持。马创 | 刘雪梅 | 刘占萌以下是用户提供的其他文档片段的中文翻译：1. 本文采用 MOF 衍生碳化策略，通过在碳点表面共价构建含氮杂环来调节电子结构。通过原位生成强效活性氧物种和界面电荷转移的协同作用，实现了高效的类过氧单硫酸盐活化。2. 本文报道了一种新颖的共面有机–无机异质结，通过共价键合将二维过渡金属硫化物与钙钛矿结构有机–无机杂化材料结合。3. 本文报道了一种高灵敏度的非贵金属催化氧还原电催化器件。该器件通过在 N-doped 碳基底上自组装 CoP 纳米线阵列，实现了优异的氧还原反应电催化性能。4. 本文提出了一种创新的策略，即通过自支撑金属有机框架模板的碳化过程，在氮掺杂碳中引入 Fe–N–C 位点，用于增强氧还原反应电催化。5. 本文提出了一种新型的高灵敏柔性压阻传感器，采用三维交联导电海绵结构。6. 本文提出了一种新型有机–无机杂化共价有机框架材料，通过自下而上合成路线，用于高灵敏柔性压阻传感。7. 本文报道了一种用于柔性压阻传感器的高灵敏度、可拉伸碳纳米管–水凝胶复合材料。8. 本文提出了一种用于高灵敏度压阻传感器的三维导电互穿聚合物网络。9. 本文报道了一种用于生物医学应用的高灵敏导电碳纳米管–水凝胶压阻传感器。10. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感器的新型导电纳米结构，具有优异的力学稳定性和界面接触。11. 本文报道了一种用于柔性传感应用的高灵敏导电聚合物复合薄膜。12. 本文提出了一种用于压阻传感的高灵敏导电纳米复合材料，具有自支撑柔性结构。13. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感器的新型导电弹性体复合材料。14. 本文提出了一种用于生物医学传感的高灵敏导电碳纳米管–纳米纤维复合材料。15. 本文报道了一种用于柔性电子应用的高灵敏导电有机–无机杂化薄膜。16. 本文提出了一种用于压阻传感的高灵敏导电纳米结构，具有三维多孔网络。17. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感器的新型导电水凝胶复合材料。18. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电弹性体。19. 本文报道了一种用于柔性传感的高灵敏导电聚合物纳米复合材料。20. 本文提出了一种用于压阻传感的新型导电碳纳米管–石墨烯复合材料。21. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的高灵敏导电纳米结构。22. 本文提出了一种用于柔性电子的高灵敏导电有机–无机杂化材料。23. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电聚合物薄膜。24. 本文提出了一种用于可穿戴传感的导电碳纳米管–水凝胶复合弹性体。25. 本文报道了一种用于压阻传感的高灵敏导电纳米复合材料。26. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的自支撑导电弹性体。27. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电纳米结构复合材料。28. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的导电有机–无机杂化薄膜。29. 本文报道了一种用于柔性电子压阻传感的导电聚合物纳米复合材料。30. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的新型导电碳纳米管–石墨烯复合材料。31. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电纳米结构。32. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电弹性体复合材料。33. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的导电水凝胶纳米复合材料。34. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电纳米结构。35. 本文报道了一种用于柔性压阻传感的导电聚合物纳米复合材料。36. 本文提出了一种用于生物医学压阻传感的高灵敏导电弹性体。37. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电有机–无机杂化纳米复合材料。38. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电纳米结构薄膜。39. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电碳纳米管复合材料。40. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电聚合物纳米复合材料。41. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电水凝胶纳米结构。42. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电弹性体纳米复合材料。43. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电有机–无机杂化弹性体。44. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电纳米结构。45. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电聚合物纳米结构。46. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的导电碳纳米管–水凝胶纳米复合材料。47. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的自支撑导电纳米结构。48. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电弹性体薄膜。49. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电有机–无机杂化纳米结构。50. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电聚合物纳米复合材料。51. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电碳纳米管纳米结构。52. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电弹性体纳米复合材料。53. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电水凝胶纳米结构。54. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电有机–无机杂化纳米结构。55. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电聚合物纳米弹性体。56. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电纳米结构薄膜。57. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电碳纳米管薄膜。58. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电纳米复合材料。59. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电水凝胶纳米弹性体。60. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电有机–无机杂化纳米弹性体。61. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电聚合物纳米结构。62. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电碳纳米管纳米结构。63. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电水凝胶纳米结构。64. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电有机–无机杂化纳米结构。65. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电聚合物纳米弹性体。66. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电碳纳米管纳米弹性体。67. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电水凝胶纳米复合材料。68. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的自支撑导电纳米结构。69. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电有机–无机杂化纳米结构。70. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的导电聚合物纳米结构薄膜。71. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电碳纳米管纳米结构。72. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电水凝胶纳米结构。73. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电有机–无机杂化纳米结构。74. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电聚合物纳米弹性体。75. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电碳纳米管纳米弹性体。76. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的导电水凝胶纳米复合材料。77. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的自支撑导电纳米结构。78. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电有机–无机杂化纳米结构。79. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电聚合物纳米结构。80. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电碳纳米管纳米结构。81. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电水凝胶纳米结构。82. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电有机–无机杂化纳米结构。83. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电聚合物纳米弹性体。84. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电碳纳米管纳米弹性体。85. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电水凝胶纳米复合材料。86. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的自支撑导电纳米结构。87. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电有机–无机杂化纳米结构。88. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的导电聚合物纳米结构薄膜。89. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的导电碳纳米管纳米结构。90. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电水凝胶纳米结构。91. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电有机–无机杂化纳米结构。92. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电聚合物纳米弹性体。93. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电碳纳米管纳米弹性体。94. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的导电水凝胶纳米复合材料。95. 本文报道了一种用于生物医学压阻传感的自支撑导电纳米结构。96. 本文提出了一种用于柔性压阻传感的高灵敏导电有机–无机杂化纳米结构。97. 本文报道了一种用于高灵敏压阻传感的导电聚合物纳米结构。98. 本文提出了一种用于柔性电子压阻传感的导电碳纳米管纳米结构。99. 本文报道了一种用于可穿戴压阻传感的高灵敏导电水凝胶纳米结构。100. 本文提出了一种用于高灵敏压阻传感的自支撑导电有机–无机杂化纳米结构。