图文摘要
成果简介
近日，湖南大学秦蕾老师在JournalofHazardousMaterials上发表了题为“Goldnanoparticles-modifedMnFe2O4withsynergisticcatalysisforphoto-FentondegradationoftetracyclineunderneutralpH”的研究论文（DOI：10./j.jhazmat..），探究了MnFe2O4-Au（MFO-Au）光芬顿催化剂在可见光照射下，对水体中四环素的催化降解行为及机理，通过液相质普联用仪分析了该体系下四环素的降解途径，采用典型种子发芽实验评估了降解产物的*性。研究人员利用光沉积法将少量纳米金（AuNPs）负载在强磁性的MnFe2O4上用于光芬顿催化降解水体中的四环素，旨在构建稳定、经济、可实际应用的光芬顿催化材料。基于材料表征、污染物降解动力学、自由基鉴定、实际水体影响、循环实验、种子发芽实验等手段证实了复合材料的对可见光波段具有强吸收以及光生电子-空穴的有效分离，研究表明四环素的降解是以电子和空穴为主导的自由基降解机制，提出了四环素的光芬顿降解机理，同时评估了降解产物的*性和水处理所需费用。全文速览
基于当今社会人们对自然生态环境以及人类身体健康安全的重视，对处理自然水体污染的研究也越来越多。针对目前水污染现状、常规芬顿技术的高H2O2用量、高污泥量以及常规光催化材料的自然光波谱可吸收利用范围、光生电子-空穴分离效率等问题，本研究合成了一种利用可见光辅助降解四环素且易于分离的磁性光芬顿催化剂。该材料以MFO为载体，负载AuNPs后仍保持高饱和磁化强度（近40emug-1），带负电荷或部分极化的AuNPs的引入以及MFO表面羟基的存在具有协同作用，有利于对可见光的吸收和光生电子-空穴的分离。此外，该材料还具有较好的稳定性和磁性分离能力。通过实验测定和表征辅助揭示了四环素的降解原理以及降解路径，通过水稻和苜蓿种子发芽实验测定了四环素及降解产物的*性。引言
MFO材料已被证明是一类较好的芬顿催化剂，但所需高H2O2用量和仍需提高的催化效率限制了其发展；它也是一类半导体，具有紫外-可见的光吸收范围，是一类较好的光芬顿催化剂。但是MFO在可见光照射下是惰性的，且具有光生电子-空穴产生效率低等不足，因此其在可见光下催化降解污染物的效率很低。而AuNPs具有的表面等离子体共振效应使得其具有很好的光吸收能力，在一些光、电催化反应中可作为电子供体或电子池以起到促进反应的作用；同时，它还具有芬顿催化剂的作用，能在广泛的pH条件下促进H2O2分解产生羟基自由基（?OH），但AuNPs价格昂贵，难以实现实际应用。因此，本工作为了克服MFO和AuNPs的不足，以来源较廉价易得的MFO为载体，采用光沉积法以氯金酸为前驱体将少量AuNPs负载于MFO，得到AuNPs修饰的MFO磁性光芬顿材料。图文导读
形貌表征Fig.1TEMandSAEDimagesofMFO(a-b)andHAADF-STEM,TEM,HR-TEMimagesandmappingofMFO-Au3(c-f).Copyright,Elsevier.图1的透射电镜和扫描电镜展示了MFO近球形颗粒的形貌。且元素分布图显示，AuNPs较均匀地分布在MFO上，不仅可以提高催化活性，还可增强与AuNPs和载体间的相互作用，提高催化稳定性。同时AuNPs负载在MFO上后复合材料材料仍旧具有很强的磁性，可在反应完后，在外磁场的作用下实现快速分离。性能测试
Fig.2Thephoto-FentondegradationofTCoverMFOandMFO-AuwithdifferentAudepositionindifferentsystem(a)andcorrespondingcatalyticrates(b).Experimentalconditions:catalystdosage=mg·L-1;H2O2concentration=50mM;TCconcentration=20mg·L-1;pH=6;lightintensity=mW·cm-2.Theerrorbarsarecalculatedbythreeparallelexperiments.Copyright,Elsevier.四环素光芬顿催化降解动力学实验表明，MFO-Au3材料在可见光和H2O2存在条件下对四环素的降解速率最高，AuNPs含量进一步增加，复合材料的光芬顿催化降解效果反而下降。
催化机理
Fig.3Thescavengertest:20mmolscavengersin20mg·L-1ofTCsolutionwith10mgofMFO-Au3(a),ESRspectraofDMPO-?OHadductandDMPO-?O2-adductforMFO-Au3andH2O2(50mM)solutioninthedarkandvisiblelightirradiation(b-d).Theerrorbarsarecalculatedbythreeparallelexperiments.Copyright,Elsevier.自由基捕获实验和原位电子顺磁光谱（ESR）测试揭示了MFO-Au3/vis/H2O2体系内产生的e-和h+在四环素的光催化降解过程中起主要作用，?OH和?O2-参与了反应。
降解路径
Fig.4ThepossibleintermediatesandpathwaysofTCviaphoto-FentondegradationoverMFO-Au3.Copyright,Elsevier.*性评估
Fig.5Theseedgerminationpercentageofalfalfa(aandb)andriceseeds(candd)atthefirstdayandseconddayindifferentwatersamples,includingultrapurewater,initialTCsolution,andphoto-FentonreactionofTCat30,60,and90min(theinitialconcentrationofTCis20mg·L-1).Theerrorbarsarecalculatedbythreeparallelexperiments.Copyright,Elsevier.研究采用水稻和苜蓿的种子发芽实验对四环素的光芬顿降解中间产物的*性进行了评估，结果表明四环素一定程度上抑制了种子发芽，降解产物的*性较原始四环素*性有明显下降。
小结
这项工作报道了一种具有强磁性MFO-Au光芬顿材料的设计和合成方法，并从可见光利用效率、H2O2利用效率、光电流响应光谱、紫外可见漫反射光谱等方面揭示了材料获得较高可见光芬顿催化活性的机理。通过研究污染物降解动力学实验、自由基鉴定实验、液相质普联用仪、阴阳离子、自然水体影响实验、种子发芽实验等手段揭示了光芬顿催化体系内四环素的降解机理、降解路径、产物的*性和费用计算。该工作为设计和实际应用新型纳米光芬顿催化材料去除水体有机污染物提供了可参考的思路。课题组介绍
秦蕾，湖南大学环境科学与工程学院助理教授，硕士生导师，环境科学系副主任，师从曾光明教授和赖萃副教授，长期从事环境功能材料的制备和应用、高级氧化技术应用于环境污染修复等方面的研究。博士阶段曾获博士研究生国家奖学金（）、湖南大学优秀博士研究生奖学金（，）、湖南大学优秀博士毕业生（）、第六届北京大学唐孝炎环境科学创新奖学金等奖项、主持一项湖南省研究生科研创新项目（CXB，重点）。以第一作者或通讯作者在AppliedCatalysisB:Environmental、CoordinationChemistryReviews、JournalofHazardousMaterials、ChemicalEngineeringJournal等国际期刊上发表论文14篇，其中6篇论文入选ESI0.1%HotPaper，8篇论文入选ESI1%HighlyCitedPaper。个人主页：