近日🅱️，我校理學院薛紹林教授課題組與香港城市大學合作🦸🏽♀️，在製備高質量的光催化劑及光催化降解四環素水汙染領域取得新進展。相關成果以《製備主要曝露{110}晶面的四方棱柱形γ-In2Se3及其光催化降解四環素》(Synthesis of Tetragonal Prismatic γ-In2Se3 Nanostructures with Predominantly {110} Facets and Photocatalytic Degradation of Tetracycline, DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118218)為題，發表於環境、化工領域著名期刊《應用催化B-環境》
（Applied Catalysis B - Environmental）。該論文第一作者為碩士研究生魏曉帆，通訊作者為薛紹林教授。
近年來，社會快速發展📪，一系列環境汙染問題湧現🧑🏼💻。其中倍受關註的問題之一是抗生素造成的水汙染🚁。例如，四環素（TC），一種典型的抗生素👎🏼，由於其能夠治療細菌性疾病，被廣泛應用到藥物和飼料添加劑中，在抗生素生產和使用中排名第二。但是，只有很小一部分四環素會被人或動物吸收代謝，其余全部以排泄物或本身存在於環境中，對生態系統造成嚴重威脅🧏。因此去除多余四環素🙆🏻，保護環境刻不容緩。研究表明半導體催化劑可以利用太陽能對四環素進行徹底降解🤡，無二次汙染，可長效多次使用。因此，尋找高效的半導體催化劑是解決四環素汙染引起的環境問題的關鍵🚵🏼♂️。
γ-In2Se3納米材料具有良好的可見光和紫外光的光學吸收性能🏋🏻♂️，關於其在光催化降解水汙染領域的研究並不多見👫🏻💇🏿。此外，由於晶體生長過程的驅動力來自於總表面能的降低💇🏿♂️，自然條件下晶體傾向於沿高能晶面方向生長以降低其表面能，導致高能晶面的含量通常較低，而高能晶面通常具有較高的光催化活性🚵🏻。因此🚥👨🦯➡️，對半導體材料進行晶面調控😇，曝露晶體特定晶面以增大納米材料的光催化活性👫🏻，可以通過此策略調整光催化劑表面原子結構，而進一步增強、優化光催化性能👐🏽，引起了科研人員關註。
研究課題組通過EDTA（ethylenediaminetetraacetic acid）輔助，合成了主要曝露{110}晶面的四方棱柱形γ-In2Se3，如圖1所示🧚🏽♂️。EDTA在水中作為橋狀絡合物，當其加入反應體系後會迅速電離成陰陽離子。在In2Se3納米顆粒聚集並沿高能晶面生長的過程中👩🦱，溶液中由EDTA電離形成的陰離子－COO-可以與In3+結合形成絡合物👩💻，γ-In2Se3{110}晶面最外層原子為In3+，EDTA可以吸附在{110}晶面⛏，當EDTA的量充分時，可以有效抑製晶體沿{110}面的生長，使{110}晶面得到曝露🧑🏼🦱。
圖1：添加不同濃度EDTA製備γ-In2Se3 SEM：（a）(EDTA-0.00 M)，（b）(EDTA-0.02 M)，（c）(EDTA-0.04 M)，（d）(EDTA-0.06 M)⚛️，（e）單個γ-In2Se3(EDTA-0.04 M)的TEM及（f）HRTEM
對於製備的γ-In2Se3納米材料的光催化降解TC性能進行測試，如圖2所示。研究表明，用0.04 M EDTA製備的主要曝露在{110}γ-In2Se3具有最優異的光催化性能，大約是未使用EDTA製備的錐形γ-In2Se3的1.9倍。這是由於主要曝露在{110}面γ-In2Se3其{110}面上存在大量的活性位點使光生電子-空穴對分離的產生更容易，從而增強了光催化活性🔒。研究結果揭示了一種調控γ-In2Se3{110}晶面的新方法。
圖2：（a）γ-In2Se3光催化降解TC的機理，（b）TC的光催化降解速率曲線，（c）相應的擬一級反應動力學曲線