负载型二氧化钛光催化剂的晶型和缺陷调控及其光催化水体抗生素的性能与机制.pdfVIP

摘要

抗生素是预防和治疗人类细菌感染的重要药物。然而，抗生素在水环境中的过量存

在可以引发严重环境污染，威胁生态安全和人类健康。在众多水处理技术中，光催化因

具有经济、高效和清洁等优势，受到了广泛的关注。TiO是一种常用的光催化材料，其

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制备简单、稳定性好、成本低，在废水污染治理领域具有广泛的应用前景。为了解决

TiO2催化剂带隙宽、太阳光能利用效率差、光生载流子复合快以及在实际应用方面存在

1064nmSLSTTiO

局限等问题。本文采用固态脉冲激光扫描处理技术（）在不同形貌2

表面设计功能微区，成功构建同质结的同时，选择性引入了丰富的缺陷结构，不仅极大

地促进载流子的分离，增加活性位点数量，同时有利于污染物分子在催化剂表面的吸附，

从而实现高效降解。此外，通过对激光处理参数和气氛的调控，将材料的合成和负载过

程二合一，制备出固定相催化剂，进一步提升了材料的实际应用价值。通过系统实验测

试和理论计算，深入探究了光生电子转移机制和催化位点，详细分析了抗生素的降解路

径，为光催化降解水体中有机污染物提供了新思路，主要研究内容如下：

1SLST/

（）采用设计了具有高载流子分离效率和有效表面吸附性能的锐钛矿金红

石型TiO同质结功能微区。通过对材料的精细结构和光学特性分析，材料中丰富的氧

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VSMX

空位（）不仅增强了对可见光的吸收，又增强了磺胺甲恶唑（）在锐钛矿微区

O

的吸附，最终实现对SMX的高效降解，激光处理后的催化剂对SMX的光降解效率提

7HRTEMEPR001

高近倍。、光电流、低温等测试表明，激光在原始片状锐钛矿的（）

晶面上，原位诱导生成了金红石相，构建了锐钛矿/金红石界面II型同质结。在锐钛矿

+·-

微区的形成的h和∙OH以及在金红石微区生成的超氧自由基（O）共同参与光催化降

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解过程。根据理论计算结合飞行时间质谱分析，提出了SMX光催化降解的路径和机理。

（2）采用1064nm红外脉冲激光，经一步激光处理将商用P25转变为高金红石相

TiO并负载到经刻蚀的玻璃珠上，制备出固定相催化剂。该方法不仅避免了锻烧条件下

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FTIRXRD

金红石合成的持续高温条件，还显著降低了材料合成所需的能量损耗。、、

EPR和XPS等测试表明激光的高频、高强度加热特性诱导了晶相的转变，并选择性的

在金红石相中引入大量的氧缺陷，在增加表面活性位点的同时提高了材料对可见光的吸

I

收。所构建的固定相循环流动光催化体系可实现对诺氟沙星（NFX）和多种抗生素的高

效、广谱降解。此外该催化剂具有良好的稳定性，5次循环后仍能达到~90%的去除率。

同时，该负载型光催化材料对无机盐离子和腐殖酸具有良好的抗干扰能力，且具有较宽

的pH适应性，证明其在实际应用中具有良好的前景。

（3）基于脉冲激光辅助，在不同氧含量气氛下实现对5nm锐钛矿晶相和缺陷种类