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研究背景

大量不可降解的偶氮类染料被排放到大自然中，对人类和其他生物具有致癌、致突变和致畸变的特性。目前，许多光降解研究工作主要针对低浓度染料的去除，面对高浓度污染液中污染物的去除相对困难。因此，开发高效处理高浓度染料废水的催化剂体系具有重要的研究意义。

文章要点

本工作利用Ce⁴⁺和Fe³⁺较大的离子半径差和较大的金属氧化物结晶温度差通过一步法成功构建具有Fe₂O₃和CeO₂异质结的FeCeO纳米晶，其中Fe₂O₃以小尺寸形式分布在以CeO₂为主体的纳米颗粒的表面而不是以固溶体的形式存在。与纯Fe₂O₃相比，FeCeO复合材料具有更强的可见光吸收能力和优异的光化学性能。其中，Fe₂Ce₁O在可见光激发下通过高效活化PMS表现出对甲基橙(MO)和刚果红(CR)较强的光催化降解能力。低浓度的MO和CR溶液中的染料几乎可以完全被去除，而高浓度染料溶液(100 ppm)的去除率分别可达85.2%和77.9%。通过分析可知去除的MO可以被完全降解，而CR的去除主要来自于吸附和光降解两种形式。此外，Fe₂Ce₁O具有优异的化学稳定性和重复使用性。Fe₂Ce₁O/PMS/vis体系中Fe²⁺/Fe³⁺和Ce³⁺/Ce⁴⁺的氧化还原反应使PMS分子产生大量具有强氧化活性的硫酸根自由基，PMS的引入可以实现Fe²⁺/Fe³⁺和Ce³⁺/Ce⁴⁺的氧化还原循环其有助于保持Fe₂Ce₁O/PMS/vis体系的连续催化过程。研究表明，Fe₂Ce₁O/PMS/vis体系在污水净化领域具有良好的应用前景。

图文展示

图1. (a, b) Fe₂Ce₁O的HRTEM图。(c) Fe₂Ce₁O的TEM图及其对应的O (d), Fe (e), Ce (f)的元素分布图。

图2. Fe₂O₃、Fe₄Ce₁O、Fe₂Ce₁O、Fe₁Ce₁O 和 CeO₂的X射线衍射谱图(a)和红外光谱图(b)。

图3. Fe₂O₃、Fe₄Ce₁O、Fe₂Ce₁O、Fe₁Ce₁O 和 CeO₂的紫外吸收光谱(a)、电化学阻抗谱(b)和瞬态光电流响应谱图(c)。

图4. (a)不同催化剂对MO降解的影响，以及相应的光催化动力学(b)。(c)不同浓度的PMS体系下Fe₂Ce₁O对MO的降解能力。(d) MO初始浓度和(e)初始溶液pH对MO催化活性的影响。(f) Fe₂Ce₁O连续循环光降解MO。

图5. (a) CR初始浓度对Fe₂Ce₁O吸附活性的影响。(b) CR初始浓度对Fe₂Ce₁O光降解能力的影响。(c)实验2h后CR光降解和吸附能力的比较。(d)不同催化剂对CR降解活性的影响，以及对应的光催化动力学(e)。(f) Fe₂Ce₁O连续循环光降解CR。

图6. Fe₂O₃ (a)和Fe₂Ce₁O (b)的XPS价带图。(c) MO和CR在Fe₂Ce₁O/PMS/vis体系上可能的光催化机理。

本工作以“Synthesis of magnetically recyclable FeCeO nanocrystals with heterojunction between Fe₂O₃ and CeO₂ via one-step method toward efficient organic dyes degradation by activating peroxymonosulfate”为题发表在中科院一区期刊Journal of Cleaner production上。论文的第一作者为澳洲幸运10技巧-澳洲幸运10计划软件 2020级博士研究生李亮，通讯作者为澳洲幸运10技巧-澳洲幸运10计划软件 王勇教授。

Liang Li, Chaoqun Wu, Dexiang Sun, Nan Zhang, Ting Huang, Yong Wang*. Synthesis of magnetically recyclable FeCeO nanocrystals with heterojunction between Fe2O3 and CeO2 via one-step method toward efficient organic dyes degradation by activating peroxymonosulfate. Journal of Cleaner Production, 2024, in press.

王勇，教授、博士生导师、德国洪堡学者，主要从事结构/功能一体化先进高分子复合材料的研究。主持国家自然科学基金(6项)、教育部新世纪优秀人才基金、四川省青年科技创新团队、四川省科技厅重大成果转化项目、四川省杰出青年基金、四川省自然科学基金重点项目等项目30余项；在Prog. Poly. Sci.、Macromolecules、Nano-Micro Lett.等期刊发表论文300余篇，他引9000余次；授权发明专利24件。研究成果获得2021年度四川省技术发明二等奖、2018年度四川省自然科学二等奖、2006年度全国百篇优秀博士论文提名论文等。