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北航蔡軍教授課題組 Appl. Mater. Today:基于微生物模板的鹵氧化鉍磁性微機器人及其增強光催化性能
2023-09-22  來源:高分子科技

  廢水中有機污染物(如染料、抗生素)的降解備受關(guān)注,光催化方法因綠色、高效、可持續(xù)而迅速發(fā)展。目前,各種光催化劑ZnOTiO2、BiOCl被相繼開發(fā),但常因可見光吸收弱、光催化效率低、難以操控回收而受限。近年來,磁性微納米機器人為構(gòu)建新型光催化平臺提供了可能,既能夠快速傳質(zhì)并實現(xiàn)異質(zhì)結(jié)作用下的高效光催化,也可以實現(xiàn)磁性回收和復(fù)雜環(huán)境靶向應(yīng)用。但是,如何突破磁性微納米機器人與高效光催化劑的系統(tǒng)集成可控制造仍是挑戰(zhàn)。


  近日,北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院蔡軍教授課題組提出一種通用的生物成形方法,制造出基于小球藻的鹵氧化鉍磁性球型微機器人,實現(xiàn)典型有機污染物的高效光催化降解,并在磁場驅(qū)動下展現(xiàn)出靈活操控特性及增強光催化效果。相關(guān)成果以BiOX-loaded biohybrid magnetic microrobots for enhanced photocatalysis under visible light為題發(fā)表在國際期刊Applied Materials Today。論文通訊作者是北航機械學(xué)院蔡軍教授,第一作者是北航卓越百人博士后龔德。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金等項目的資助支持。 



  微生物具有精致的標(biāo)準(zhǔn)形狀和優(yōu)良的生物相容性,基于微生物模板制造磁性微機器人已成為研究熱點,富含葉綠素的小球藻細胞在可見光吸收方面具有獨特優(yōu)勢。本研究以小球藻細胞作為成形模板,實現(xiàn)了Fe3O4納米顆粒和BiOXX=Cl、BrI)納米的高效沉積,制造出具有可調(diào)核殼結(jié)構(gòu)的磁性球型微機器人,并展示了其在可見光下光催化降解有機污染物(亞甲基藍、鹽酸四環(huán)素)的優(yōu)異性能。其中,載BiOBr磁性微機器人展現(xiàn)出相對最佳光催化效能,在磁場驅(qū)動下能夠靈活推進,實現(xiàn)增強光催化和便捷回收。與靜止?fàn)顟B(tài)相比,其光催化降解亞甲基藍鹽酸四環(huán)素k值最大提升159.5%63.0%。此外該研究通過淬滅試驗系列表征,深入揭示了載BiOBr磁性微機器人的光催化特性有機污染物的降解機制。本研究制造具有高效光催化性能生物磁性微機器人提供了一種便捷可靠的方法,所制備的鹵氧化鉍磁性微機器人在環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域具有重要潛力。

 

鹵氧化鉍磁性微機器人的制備及其表面形貌

(a)制備工藝流程;(b-d)不同類型鹵氧化鉍磁性微機器人

 

鹵氧化鉍磁性微機器人的成分結(jié)構(gòu)表征

(a-c)不同類型鹵氧化鉍磁性微機器人(d-f)BiOBr磁性微機器人


BiOBr磁性微機器人磁驅(qū)運動性能增強光催化特性

(a-b)磁驅(qū)操控及速度測試;(c-d)亞甲基藍降解測試(e-f)鹽酸四環(huán)素降解測試


 BiOBr納米片及BiOBr磁性微機器人光催化特性對比

(a-b)超氧自由基測試;(c-d)空穴測試;(e)光電流測試;(f)電化學(xué)阻抗測試


 淬滅實驗及光催化降解機制

(a-c)亞甲基藍降解測試;(e-f)鹽酸四環(huán)素降解測試


  論文信息:De Gong, Yan Li, Hui Zhou, Bo Gu, Nuoer Celi, Deyuan Zhang, Jun Cai*. BiOX-loaded biohybrid magnetic microrobots for enhanced photocatalysis under visible light. Applied Materials Today. 35 (2023) 101915.

  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.apmt.2023.101915

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