孟凡明教授， CEJ观点：粉末催化剂高效回收的新策略！

第一作者：魏海南

通讯作者：孟凡明*

单位：安徽大学

良好的催化剂不应该只具有降解效率高和稳定性好的特点，更应该具有较高的回收效率以便循环使用，达到经济环保的效果。然而，现有的研究中对传统粉末催化剂高效回收的研究较少。本篇观点展示了将具有磁性的半导体材料引入催化剂中，不仅可以实现有机污染物的高效降解，还可以实现高效回收循环使用的效果。本文为未来的研究提供了方向，有助于传统粉末催化剂高效回收领域的研究及实际应用。

近日，来自安徽大学的孟凡明教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Novel oxygen vacancy-rich Bi₂MoO₆-SOVs/MgFe₂O₄ S-scheme heterojunction piezo-photocatalytic for efficient degradation of norfloxacin and theoretical calculations”的观点文章。该观点将表面缺陷应用到催化剂中，在未破坏催化剂形貌的前提下大大提高了降解效率。同时使催化剂具有磁性，从而可高效回收传统粉末样品，达到循环使用的目的。

氧空位(SOVs)是表面缺陷工程的一种，它可以诱导催化剂上的一些电子转移至能级缺陷，以减轻电荷的积累并改善光吸收。最近的研究表明含氧空位的Bi₂MoO₆对环丙沙星的可见光降解效率是纯Bi₂MoO₆的8.4倍。另外一项研究表明了碘取代和氧空位双缺陷的Bi₂MoO₆纳米片将CO2还原为CO和CH4的产率是纯Bi₂MoO₆的2倍和12.2倍。本研究中采用高温煅烧法使Bi₂MoO₆形成氧空位作为能级缺陷，使其导带上的电子转移至空位中以减少电荷积累。实现了光生电子和空穴的有效分离。同时在内部电场的作用下，Bi₂MoO₆-SOVs导带上积累的电子自发地流向MgFe₂O₄，并与MgFe₂O₄价带上的空穴结合。因此，来自MgFe₂O₄导带的电子(强还原性)和来自Bi₂MoO₆-SOVs价带的空穴(强氧化性)被有效地保留，而相对无效的电子(来自Bi₂MoO₆-SOVs导带)和空穴(来自MgFe₂O₄价带)被消除。

Bi₂MoO₆-SOVs的磁性很弱，与具有磁性的铁镁氧体复合后磁性大大提高。这表明在半导体复合过程中保持了MgFe₂O₄的原始磁性。借助磁性回收使用后的粉末催化剂，通过比较使用前后催化剂的质量，发现粉末样品的回收效率高达99%。这表明半导体催化剂具有磁性，极大地改善了传统粉末催化剂难以回收的缺点。

采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算了半导体的能带宽度和态密度（DOS），预测了有机污染物可能会被攻击的活性位点。将实验与理论相结合，更加科学的分析了有机污染物的降解途径。DMol3计算了NOR的化学反应自由能，分析了轨道杂化和最可能分子跃迁轨道。每个原子的主要反应位置用福井指数校准。12(C)和14(C)处较高的f+、f0和NPA电荷都预示了降解过程中开环反应的吡啶环。NOR的HOMO和LUMO轨道可以进一步确定亲电反应或核反应的位置。

本文合成了一种高回收性和可重复使用的BMO/MFO-15压电光催化剂。该催化剂对NOR的降解具有显著的压电光催化效率，且回收率高。此外，复合催化剂仍然非常适合复杂的水环境。这项研究为探索有机污染物的有效降解提供了新的视角，同时通过结合太阳能驱动和其他能源有效地回收催化剂。

Novel oxygen vacancy-rich Bi₂MoO₆-SOVs/MgFe₂O₄ S-scheme heterojunction piezo-photocatalytic for efficient degradation of norfloxacin and theoretical calculations

孟凡明 教授简介：博士毕业于安徽大学，师从安徽大学材料科学与工程学院孙兆奇教授。2012年1月至2013年2月，在美国阿肯色大学从事科学研究工作。现为安徽大学材料科学与工程学院教授，长期从事半导体纳米材料/环境友好材料/新能源材料的研究和开发。以第一或通讯作者身份在Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Science & Technology，Separation and Purification Technology，Journal of Colloid and Interface Science等学术期刊上发表论文60余篇。

魏海南，安徽大学材料科学与工程学院2021级硕士研究生，研究方向为催化降解有机污染物/污水处理。

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