近期，中科院合肥研究院固體所環(huán)境材料與污染控制研究部孔令濤研究員團隊提出了一種基于納米限域結(jié)構(gòu)的強化催化策略，在多層結(jié)構(gòu)的MXene上原位生長納米級的Cu2O/Cu，實現(xiàn)對水中四環(huán)素污染物降解效能的顯著增強。相關(guān)研究成果以“Efficient degradation of tetracycline by a novel nanoconfinement structure Cu2O/Cu@MXene composite”為題，發(fā)表在Journal of Hazardous Material (J. Hazard. Mater., 2023, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.130995)上。       近年來，銅氧化物由于適用pH范圍寬、毒性低和儲量豐富等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注。然而，單一的銅氧化物材料在實際應(yīng)用中存在易團聚、循環(huán)穩(wěn)定性差及催化效率低等缺陷。為了解決這些問題，將納米銅氧化物與載體結(jié)合形成具有“納米限域結(jié)構(gòu)”的復(fù)合材料是最為有效的策略之一。新型二維層狀材料MXene層間距可控，且具有良好的生物相容性、表面負電性及良好的親水性，是一種潛在的納米約束支撐基底。

鑒于此，研究人員將MXene與銅氧化物Cu2O/Cu結(jié)合，成功構(gòu)筑了具有納米限域結(jié)構(gòu)的新型催化劑Cu2O/Cu@MXene，并選擇四環(huán)素作為降解目標，研究了Cu2O/Cu@MXene的催化降解性能。結(jié)果表明，在最佳降解條件下，四環(huán)素的去除效率在30 min內(nèi)達到了99.14%，準一級動力學(xué)常數(shù)為0.1505 min-1，是Cu2O/Cu的3.2倍。這種出色的催化性能主要歸因于Cu2O/Cu@MXene中的MXene能夠促進四環(huán)素的吸附和Cu2O/Cu納米顆粒之間的電子傳輸。EPR分析和猝滅實驗表明，Cu2O/Cu@MXene/PMS體系中的主要活性氧物種是.OH?；贚C-MS監(jiān)測到的降解中間體，研究人員提出了在這種非均相類芬頓體系中去除四環(huán)素的兩種可能路徑。該研究為設(shè)計環(huán)境友好、催化活性高的類芬頓催化劑提供了納米約束構(gòu)建策略，進一步拓寬了MXene在高級氧化領(lǐng)域的應(yīng)用。       上述工作得到了國家重點研究開發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金及合肥研究院院長基金等項目的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.130995

圖1. (a) MAX; (b) MXene的SEM圖；Cu2O/Cu@MXene的(c) SEM圖；(d-g)元素映射圖；(h-i) TEM圖；(j) HRTEM圖。

圖2. Cu2O/Cu@MXene的結(jié)構(gòu)表征和性能測試。

圖3. Cu2O/Cu@MXene降解四環(huán)素的機理探究。

圖4. 四環(huán)素的降解路徑。