廢水中有機(jī)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（如ZnO、TiO2、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(jī)器人為構(gòu)建新型光催化平臺(tái)提供了可能，既能夠快速傳質(zhì)并實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)作用下的高效光催化，也可以實(shí)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(jī)器人與高效光催化劑的系統(tǒng)集成及可控制造仍是挑戰(zhàn)。
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(jī)器人已成為研究熱點(diǎn)，而富含葉綠素的小球藻細(xì)胞在可見光吸收方面更具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本研究以小球藻細(xì)胞作為成形模板，實(shí)現(xiàn)了Fe3O4納米顆粒和BiOX（X=Cl、Br、I）納米片的高效沉積，制造出具有可調(diào)核殼結(jié)構(gòu)的磁性球型微機(jī)器人，并展示了其在可見光下光催化降解有機(jī)污染物（亞甲基藍(lán)、鹽酸四環(huán)素）的優(yōu)異性能。其中，載BiOBr磁性微機(jī)器人展現(xiàn)出相對(duì)最佳的光催化效能，且在磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下能夠靈活推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)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(lán)和鹽酸四環(huán)素的k值最大可提升159.5%和63.0%。此外，該研究通過淬滅試驗(yàn)及系列表征，深入揭示了載BiOBr磁性微機(jī)器人的光催化特性及有機(jī)污染物的降解機(jī)制。本研究為制造具有高效光催化性能的生物基磁性微機(jī)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(jī)器人在環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域具有重要潛力。
圖1 鹵氧化鉍磁性微機(jī)器人的制備及其表面形貌
(a)制備工藝流程；(b-d)不同類型的鹵氧化鉍磁性微機(jī)器人
圖2 鹵氧化鉍磁性微機(jī)器人的成分結(jié)構(gòu)表征
(a-c)不同類型的鹵氧化鉍磁性微機(jī)器人；(d-f)載BiOBr磁性微機(jī)器人
圖3 載BiOBr磁性微機(jī)器人的磁驅(qū)運(yùn)動(dòng)性能及增強(qiáng)光催化特性
(a-b)磁驅(qū)操控及速度測(cè)試；(c-d)亞甲基藍(lán)降解測(cè)試；(e-f)鹽酸四環(huán)素降解測(cè)試
圖4 BiOBr納米片及載BiOBr磁性微機(jī)器人光催化特性對(duì)比
(a-b)超氧自由基測(cè)試；(c-d)空穴測(cè)試；(e)光電流測(cè)試；(f)電化學(xué)阻抗測(cè)試
圖5 淬滅實(shí)驗(yàn)及光催化降解機(jī)制
(a-c)亞甲基藍(lán)降解測(cè)試；(e-f)鹽酸四環(huán)素降解測(cè)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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