光催化高級氧化技術(shù)助力高原水污染防治

科技日報訊 （記者趙漢斌）記者近日從昆明理工大學獲悉，該校建筑工程學院污染過程控制與模擬團隊成功利用光催化高級氧化技術(shù)，助力高原區(qū)域水污染防治。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《能源與環(huán)境材料》上。

在綠色水處理技術(shù)中，太陽能驅(qū)動的半導體光催化技術(shù)，因無須添加化學氧化劑而備受關(guān)注。然而，受傳統(tǒng)光催化劑自身的限制，具有強氧化能力的空穴難以有效積累，尤其在無氧條件下無法充分發(fā)揮其直接氧化污染物的優(yōu)勢。而且，對空穴定向富集機制的系統(tǒng)性調(diào)控的研究仍是空白。

針對這一難題，昆明理工大學副教授周華晶、教授何亮等人攜手，將多尺度結(jié)構(gòu)工程與異質(zhì)界面工程相結(jié)合，提出“結(jié)構(gòu)—電場”協(xié)同調(diào)控策略，成功制備出具有“蛋黃—雙殼”構(gòu)型的銅基復合微球材料。該材料通過構(gòu)建多級電子傳輸通道與梯度電場，促使光電子向內(nèi)核定向遷移，同時將氧化性空穴錨定在表面活性位點。結(jié)合銅納米顆粒的等離子體共振增強效應，實現(xiàn)了光能吸收與電荷分離效率的同步提升。實驗顯示，該材料對四環(huán)素類抗生素的太陽能驅(qū)動降解效率達到傳統(tǒng)材料的數(shù)十倍，處理后的水體滿足生態(tài)安全要求。

研究團隊詳細探究了該材料的合成策略、微觀結(jié)構(gòu)、物理化學性質(zhì)、光學性能、能帶結(jié)構(gòu)、載流子分離原理等，通過多種表征手段證實了該材料的優(yōu)異性能。以四環(huán)素為模型的污染物實驗表明，優(yōu)化后的降解效率高達100%，且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和pH適用性，在多種水體基質(zhì)中均表現(xiàn)出高效的降解能力。

據(jù)悉，昆明理工大學污染過程控制與模擬團隊長期聚焦云南高原區(qū)域水污染及供水安全保障需求，開展多項相關(guān)研究，并提供技術(shù)和咨詢服務。此次突破，為半導體光催化劑長壽命空穴的積累提供了全新設計策略，可推動新型水處理技術(shù)發(fā)展，在污水處理、水資源凈化等領(lǐng)域具有廣闊應用前景。