《Food Chemistry》：Degradation of levofloxacin by a photodeposited Pt/TiO
2 porous ceramic composite under UV irradiation and analysis of transformation pathways
编辑推荐：
•通过光沉积法制备的Pt/TiO?环在40分钟内使LEV降解了94.98%。•对TiO?进行铂修饰后，其紫外线催化活性得到提升，且铂的流失量较低。•黑暗对照实验以及清除剂测试均表明降解过程是由活性氧驱动的。•LC–MS分析检测到了18种降解产物，并提出了五种可能的降解途径。•QS
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通过光沉积法制备的Pt/TiO?环在40分钟内使LEV降解了94.98%。
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对TiO?进行铂修饰后，其紫外线催化活性得到提升，且铂的流失量较低。
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黑暗对照实验以及清除剂测试均表明降解过程是由活性氧驱动的。
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LC–MS分析检测到了18种降解产物，并提出了五种可能的降解途径。
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QSAR分析表明，大多数降解产物的生物累积性较低。
引言
氟喹诺酮类抗生素因其广谱性、高效力以及良好的口服生物利用度，已成为全球治疗细菌感染的主要药物（Du等人，2023；Saya等人，2022）。作为人工合成的第三代氟喹诺酮类药物的代表，左氧氟沙星对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌以及非典型病原体（如支原体、衣原体）都具有很强的抗菌活性。它良好的组织渗透性以及可控的安全性使其被广泛用于临床治疗（Saya等人，2022；Shen等人，2023）。全球范围内氟喹诺酮类药物的年消耗量高达数万吨，在许多国家中，左氧氟沙星属于使用最广泛的系统性抗生素之一（Yang & Wu，2023）。此外，左氧氟沙星还被广泛用于畜牧业和水产养殖领域，既可用于治疗也可用于预防疾病（Shen等人，2023）。
正是由于这些广泛的临床应用，左氧氟沙星所具有的优异效果同时也引发了环境方面的担忧。氟喹诺酮类药物在人体或动物体内无法完全代谢，其母体化合物或具有生物活性的代谢物可能会进入城市污水系统或农业废水处理系统（Al Masud等人，2024）。然而，传统的污水处理工艺对左氧氟沙星这类氟喹诺酮类物质的去除效率通常较低，尤其是难以有效破坏其核心的喹诺酮环结构，这就导致处理后的污水中仍含有大量左氧氟沙星残留物，这些残留物会继续被排放到河流、湖泊和水库等地表水体中。在某些地区（如大型医院或制药厂下游），甚至检测到左氧氟沙星的含量高达毫克/升级别（Saya等人，2022）。尤其需要指出的是，左氧氟沙星对水生生物具有显著毒性，即便浓度仅为0.5微克/升，就可能抑制微生物活性，进而打破生态系统的平衡（Mathur等人，2021）。此外，左氧氟沙星在土壤中的持久性也很强，半衰期约为60至90天，这有利于其在土壤中的积累（Yang & Wu，2023）。对于医院、农场以及制药行业产生的废水而言，这类问题更为突出，因为持续的废水排放会导致水生生物长期暴露于左氧氟沙星环境中。因此，开发更有效的左氧氟沙星去除策略显得十分重要。
为提高左氧氟沙星的去除效率，人们已经尝试了多种方法，包括电化学氧化、超声处理、吸附、活性炭吸附以及各种纳米复合材料等（Chen等人，2022；Saya等人，2022）。不过，这些方法大多存在反应活性不足和去除效率有限的双重缺陷，而且有些方法还会产生有毒副产品，从而带来额外的环境风险。
近年来，高级氧化技术因能够有效处理难降解的有毒污染物而受到越来越多的关注，其中光催化技术作为一种绿色且可持续的处理方法尤为突出（Chen等人，2022）。目前已有多种光催化剂被开发出来，包括纳米级的TiO?、ZnO、CdS等等（Anucha等人，2022）。由于无毒、成本低廉且适用范围广，纳米TiO?已成为研究最为广泛的光催化剂之一（Anucha等人，2022；Wang & Kowalska，2022）。研究表明，纳米TiO?能够有效降解环境中的各类抗生素，比如碳青霉烯类、大环内酯类、氟喹诺酮类等（Pradhan等人，2025）。不过，不同制备方法所得的纳米TiO?对氟喹诺酮类抗生素的降解效果存在显著差异。例如，通过溶胶-凝胶法制备的纳米TiO?可将环丙沙星的降解率提高到64.0%至87.95%，而通过原位合成法制备的TiO?量子点则能在3小时内将环丙沙星的降解率进一步提升至94%（Pradhan等人，2025）。
尽管在合成技术上已取得一定进展，但TiO?在处理难降解有机物质时仍表现不佳。其主要限制因素在于较大的带隙以及光生电子-空穴对快速复合的现象，这两者都会限制其对可见光的响应能力，进而降低整体光催化效率（Wang & Kowalska，2022）。为克服这些固有缺陷，研究人员正在探索元素沉积以及相关的缺陷工程策略，通过调控半导体光催化剂表面的氧空位浓度来改善电荷分离效果（Wang & Kowalska，2022）。其中，沉积贵金属纳米粒子已被证明是抑制光生载流子复合的有效方法，而人为引入的氧空位则可以从多个方面进一步增强材料的光催化性能。
例如，通过光化学还原法在可见光照射下制备的经银离子修饰的TiO?纳米粒子，其对环丙沙星和诺氟沙星的降解效率分别比纯TiO?高出2.1倍和1.7倍，这说明界面电荷转移得到了促进，且该材料对可见光的响应范围也更宽（Wang等人，2021）。
与金和银相比，铂在与TiO?接触时能够在界面处形成肖特基势垒，从而有效延长光生电子的寿命，提升光催化效率（Wang & Kowalska，2022）。基于这一原理，已有不少基于Pt/TiO?的系统被用于抗生素的降解研究，包括用于降解氧氟沙星和左氧氟沙星的Pt/TiO?（Pan等人，2024）、用于降解诺氟沙星的Fe?O?/Pt/TiO?（Nguyen等人，2025），以及用于降解四环素的Pt/TiO?@NRGO（Moharrami & Keshipour，2025）。例如，Pt/TiO?纳米粒子能在90分钟内将氧氟沙星和左氧氟沙星的降解率提升约70%（Pan等人，2024）；而Pt/TiO?@NRGO也被用于四环素的降解研究（Moharrami & Keshipour，2025）。
虽然已有研究表明，经过铂修饰的TiO?纳米材料在降解氟喹诺酮类等抗生素方面的潜力优于其他贵金属（如金和银），但目前的研究更多集中在材料制备以及抗生素降解效率的探究上，而这些纳米材料在实际应用中面临的各种问题——如纳米粒子团聚、催化剂的重复使用性及活性稳定性、处理时间、降解产物的毒性等——却尚未得到充分研究。此外，许多抗生素的降解途径和机制也尚未完全明确。
基于上述情况，本研究旨在探讨将铂修饰与多孔陶瓷固定化技术相结合，是否能够在保持催化剂可回收性的同时，提升紫外线驱动下的左氧氟沙星降解效率。在本研究中，首先通过光沉积法制备了负载有铂的TiO?，然后将其固定在多孔陶瓷环上，从而构建出一种可回收的光催化复合材料。随后系统评估了该复合材料在紫外线作用下的左氧氟沙星降解性能。通过LC-MS技术明确了主要的降解途径，并预测了降解产物的潜在毒性。通过将铂修饰与易于回收的载体相结合，本研究旨在提升光催化剂的活性与稳定性，同时控制可能产生的二次危害，为将基于TiO?的光催化技术应用于受左氧氟沙星污染的水体提供实用思路。
章节要点
材料
本研究使用的多孔陶瓷环为商业产品，以石英砂为基底，呈白色，尺寸为17×17毫米，采购自中国辽宁省大连市，用作固定Pt/TiO?的载体。这些陶瓷环具有致密且均匀的内部孔结构。在使用前，需先用去离子水彻底冲洗，再通过超声波清洗30分钟，最后放入烤箱中烘干。
主要化学品与试剂
本研究购买了P25纳米TiO?、氯铂酸（H?PtCl?）、浓度为1000微克/升的铂标准溶液、叔丁醇（TBA）、对苯二酚（BQ）以及草酸铵（AO）等试剂。
XRD分析
在对材料结构进行表征之前，首先通过ICP–MS技术分析了光沉积后的上清液以及洗涤液中的铂含量，以此估算光沉积过程中铂的保留率。结果显示，光沉积及洗涤处理后，液体相中仅残留微量铂（见补充表S1），这说明大部分引入的铂前体都保留在固体产物中。因此，后续对样品的描述与比较都是基于其标称的铂含量进行的。
XRD分析所得的图谱为
结论
本研究成功制备出了Pt/TiO?纳米复合光催化剂，并将其固定在多孔陶瓷环上。表征结果表明，经过铂沉积处理后，P25 TiO?仍保持着锐钛矿/金红石混合相结构，而铂主要以金属形态存在于TiO?表面。铂的沉积使得材料在400–600纳米波段的吸收能力得到提升，且并未出现明显的带隙缩小现象，进而提升了紫外线驱动下的光催化性能。在最优条件下（铂含量为1.0重量%，催化剂
CRediT作者贡献说明
徐云鹏：论文撰写——综述与编辑、论文撰写——初稿撰写、数据整理。 张东波：论文撰写——初稿撰写、结果验证、软件应用。 梅淑平：结果验证、软件应用。 余静：方法设计。 刘秋：项目指导、资源协调、方法设计。 余志成：项目指导、项目管理、正式分析、概念构思。
利益冲突声明
所有作者均声明，自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了辽宁省教育厅基础科学研究项目（项目编号：LJ222412026014）以及辽宁省重点研发计划（项目编号：2024JH2/102500008）的支持。
徐云鹏|张东波|梅淑平|余静|刘秋|余志成
