一、引言

        随着工业化进程的加快，人类的物质生活更加丰富，但随之引发的能源危机以及环境污染问题也逐渐被人们重视。伴随着工业生产、畜牧农业活动以及医疗生活污水排放等活动的进行，随之产生的污染物也被排放到环境中。

        其中四环素是应用最广泛的抗生素之一，广泛用于动物和人类疾病的预防和治疗，然而，在用药后，超过70 %的TC以活性形式释放到生态系统中。它具有较高的毒性且在自然条件下难以降解,当它通过废水、粪便和医疗废物大量进入环境后,不仅会破坏生态平衡，还会通过食物链威胁人类健康。常见的处理污水的方法有生物处理(微生物代谢)、物理处理 (过滤、吸附和混凝)、化学处理(中和、沉淀、氧化等)。由于一些污染物分子的稳定性，生物处理法周期较长，物理处理法成本较高且易出现吸附饱和的问题,光催化技术因具有降解能力较强、对环境友好、成本低廉等优点而得到广泛应用，成为解决水污染问题的一种有效方法。

        光催化剂通常为半导体材料，半导体材料的禁带宽度决定了半导体材料可吸收的激发光能量大小以及波长范围，因此选取具有适宜能带结构的半导体对于光催化反应至关重要。更负的导带电位上电子的还原能力更强，而更正的价带电位上空穴的氧化能力更强。氧化镓 (Ga₂O₃) 是一种直接带隙的超宽禁带半导体材料，其禁带宽度为~4.9 eV，其中价带电势和导带电势分别为 3.2 eV、-1.5 eV，因此理论上Ga₂O₃具有很强的氧化还原性能，在光催化降解领域表现出了很大的潜力。

        由于材料的尺寸、结构和形貌会影响其性能，因此可以通过适当的合成方法获得不同结构的材料，以进一步增强其活性。形貌调控作为提高Ga₂O₃光催化性能的手段具有明显的优势，它是通过改变Ga₂O₃材料自身的物理结构来本征地提升其性能，不依赖于引入外来化学物质（如掺杂剂、贵金属），因此成本相对较低。且相较于构建异质结、缺陷工程等手段，他的工艺更加简单。研究者们已经合成了多种Ga₂O₃纳米结构应用于光催化，Shao等人制备出捆状的Ga₂O₃表现出高效去除污水中的PFOA，Yang等人利用超声化学合成方法制备出纳米球、纳米棒和纳米花等形态的Ga₂O₃并应用于光催化，在催化效率（紫外照射 60 min 的光变效率为 91%）方面表现出显著优势。此外，量子点（QDs）是纳米级（2-20 nm）半导体材料，其独特的量子约束和表面效应使其在光催化方面具有优势。本文采用简单的水热法和溶剂热法成功合成了具有微米棒、空心纳米球和量子点三种不同形态的纳米结构Ga₂O₃，其中量子点结构在降解溶液中的TC-HCl方面表现出优异的光催化性能，降解率        高达0.2988 min^-1。将Ga₂O₃量子点应用于光催化领域，与其他复合光催化剂相比，其制备方法更简单，并且实现了对Ga₂O₃尺寸和带隙的调谐，增加了比表面积，最终实现了性能的优化，本文详细讨论了量子点性能优越的原因。

二、成果简介

        课题组利用溶剂热法制备了不同形态的Ga₂O₃光催化剂，并研究其光催化降解TC-HCl的情况。其中，Ga₂O₃量子点因具有高比表面积（61.1838 m²·g^-1）和宽带隙（4.62 eV）等而表现出最佳的光催化性能。重点讨论了量子点形貌性能提升的原因以及降解机理。 该成果以“Highly Efficient Photocatalytic Degradation of TC-HCl by Morphology Regulation of Ga₂O₃ Nanostructures ”为题，发表在ACS期刊 LANGMUIR上。

三、图文简介

        本文利用溶剂热法制备了三种不同形态的Ga₂O₃光催化剂（Ga₂O₃量子点、Ga₂O₃空心球、 Ga₂O₃微米棒），并研究其光催化降解TC-HCl的情况。其中，Ga₂O₃量子点因具有高比表面积（61.1838 m²·g^-1）和宽带隙（4.62 eV）等而表现出最佳的光催化性能，优化制备条件后，在240 ℃、10 h下合成的Ga₂O₃量子点对TC-HCl的降解性能最好，500 W氙灯照射20 min后，降解效率可达99%，降解率高达0.2988 min^-1。并通过捕获实验确定了在Ga₂O₃降解TC-HCl实验中的主要活性物质为∙O₂和h⁺。该研究为催化剂形貌调控提供了新思路，也为高效光催化降解 TC-HCl提供了一种新方法。 

四、论文信息

        Highly Efficient Photocatalytic Degradation of TC-HCl by Morphology Regulation of Ga2O3 Nanostructures
        Mingxin Ren, Jizhou Yang, Zhiyuan Chen, Zhi Wan, Peilin Zuo, Zhenghang Tian, Zhigang Liu,* Feng Teng, Peng Hu, and Haibo Fan

        DOI:https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c03557