光催化高級(jí)氧化技術(shù)助力高原水污染防治

科技日?qǐng)?bào)訊 （記者趙漢斌）記者近日從昆明理工大學(xué)獲悉，該校建筑工程學(xué)院污染過程控制與模擬團(tuán)隊(duì)成功利用光催化高級(jí)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(guó)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(dòng)的半導(dǎo)體光催化技術(shù)，因無須添加化學(xué)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(qiáng)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(shì)。而且，對(duì)空穴定向富集機(jī)制的系統(tǒng)性調(diào)控的研究仍是空白。

針對(duì)這一難題，昆明理工大學(xué)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(chǎng)”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(fù)合微球材料。該材料通過構(gòu)建多級(jí)電子傳輸通道與梯度電場(chǎng)，促使光電子向內(nèi)核定向遷移，同時(shí)將氧化性空穴錨定在表面活性位點(diǎn)。結(jié)合銅納米顆粒的等離子體共振增強(qiáng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了光能吸收與電荷分離效率的同步提升。實(shí)驗(yàn)顯示，該材料對(duì)四環(huán)素類抗生素的太陽能驅(qū)動(dòng)降解效率達(dá)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(tuán)隊(duì)詳細(xì)探究了該材料的合成策略、微觀結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、光學(xué)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(shí)了該材料的優(yōu)異性能。以四環(huán)素為模型的污染物實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的降解效率高達(dá)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(xué)污染過程控制與模擬團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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(xiàng)相關(guān)研究，并提供技術(shù)和咨詢服務(wù)。此次突破，為半導(dǎo)體光催化劑長(zhǎng)壽命空穴的積累提供了全新設(shè)計(jì)策略，可推動(dòng)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(yīng)用前景。