《Journal of Materials Chemistry A》：3D薄殼TiO2上的原子混合催化劑，用於雙模化學檢測和中和（IF=11.99）

背景：

  環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)物(wu)威(wei)脅(xie)著(zhe)數(shu)百(bai)萬(wan)人(ren)的(de)生(sheng)命(ming)
，而(er)最(zui)先(xian)進(jin)的(de)策(ce)略(lve)已(yi)經(jing)出(chu)現(xian)，這(zhe)些(xie)策(ce)略(lve)大(da)多(duo)基(ji)於(yu)表(biao)麵(mian)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)來(lai)修(xiu)複(fu)環(huan)境(jing)問(wen)題(ti)。盡(jin)管(guan)傳(chuan)統(tong)方(fang)案(an)具(ju)有(you)主(zhu)動(dong)能(neng)力(li)，但(dan)它(ta)們(men)隻(zhi)能(neng)實(shi)現(xian)單(dan)一(yi)功(gong)能(neng)，即(ji)感(gan)知(zhi)危(wei)險(xian)化(hua)學(xue)品(pin)或(huo)減(jian)少(shao)危(wei)險(xian)化(hua)學(xue)品(pin)，從(cong)而(er)限(xian)製(zhi)了(le)確(que)定(ding)環(huan)境(jing)問(wen)題(ti)的(de)明(ming)確(que)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。本(ben)研(yan)究(jiu)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)材(cai)料(liao)工(gong)程(cheng)方(fang)法(fa)
，該(gai)方(fang)法(fa)采(cai)用(yong)檢(jian)測(ce)和(he)中(zhong)和(he)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)物(wu)進(jin)行(xing)修(xiu)複。該策略利用超快閃光燈驅動的熱工程，在三維(3D)金屬氧化物納米結構上實現具有均勻尺寸分布的超小(<5納米)多元素納米粒子。具體而言
，對高度周期性的3D薄殼TiO2jinxingguangzishaojiechulihuichufaqiangliedeguangrexiaoying
，shigezhongbiaomianxiushidejinshuliziqiantinenggoulijihaiyuanweiyuanzihunheyizhijiegou。jinxingleshiyanhejisuanyanjiu
，yitiaozhayizhijinshucuihuajishangfashengdewulihuaxuefanying。zuoweigainianyanzheng，zhengmingleshuangmoguanghuohuasiyuanxiang(PtPdNiCo)NPs融入3DTiO2中的通用光催化效用，可用於氣態化學傳感和水中環境汙染物的降解。

文獻介紹：

  環境排放的危害（如有毒氣體分子、病毒、細菌和全氟烷基物質）存在於周圍的空氣和水資源中，對人類健康產生不利影響。根據《柳葉刀》汙染與健康委員會的報告
，全球有900萬人患有由大氣和/或水的環境汙染引起的癌症和哮喘等疾病。因此，大量關於實時跟蹤室內/室外空氣質量和直接影響人類健康的水處理的科學研究引起了人們的極大關注，以防止這些問題。

  納米技術在解決這些問題方麵具有重要價值
，它將傳統環境修複係統（包括多個集成傳感和修複組件）複雜而笨重，轉變為微型化和先進的係統。納米結構塊（如納米顆粒 (NPs)
、納米纖維和納米片）的精確控製的物理化學性質已證明它們能夠通過物理吸附汙染物或與汙染物發生電化學反應來對抗汙染，從而原位修複和/或感測汙染物。最近，人們采用納米結構光催化材料（如ZnO、TiO2和TiN）的光激活方案來增強汙染物降解性能和/huohuaxuechuangangongneng。jinguanzhezhongguangcuihuafanyingkeyiduihuanjingwentitigongxianfazhirendexiangying，dankaolvdaozixiaershangdefangfazhizaodesuijijujijiegou，tongchangshizizuzhuangkelierbushishoukongxingshi
，gaizhuangzhizaishijishiyongzhongdenaiyongxinghekezhongfuxingrengranyouxian。jutieryan
，zaiyuqitai/液態目標物質接觸時，基板、電極和材料之間的界麵可能會發生機械分層，從而導致裝置發生潛在故障

，這與裝置降解和/或傳感目標汙染物的壽命有關。

  在材料設計中，同樣重要的考慮因素是在主體材料上裝飾納米催化劑，以增強光催化功能和修複係統的相關傳感/降解性能。隨著之前大量努力的出現，為納米催化劑找到了組成金屬原子的優化組合，多種協同元素（如多元素NPs-PE NPs）已經出現
，以實現對目標化學物質的卓越電化學響應，而這些響應在其固有的單一元素對應物中是找不到的。合成PE NPs的主流策略基於熱衝擊退火方法，例如焦耳加熱和光熱過程。例如
，強脈衝光(IPL)技術提供了一種將PE NP納米催化劑遞送到所需載體上的強大方法。通過照射波長範圍（300–1000nm）的脈衝光（<1s），通過光熱轉換驅動極端光子能量轉移，在目標樣品上進行瞬時高溫退火過程（>1000K，<1s）

，可以在幾乎不發生宿主材料降解的情況下形成超小尺寸（<5nm）的高質量納米催化劑。雖然技術影響重大
，但缺乏對控製因素（光在材料中的傳播和PE NPs的溫度依賴性形成）的潛在物理特性的深入研究，以及如何在宿主材料上設計PE NPs
，特別是在複雜的三維（3D）納(na)米(mi)結(jie)構(gou)上(shang)，仍(reng)不(bu)清(qing)楚(chu)。此(ci)外(wai)，盡(jin)管(guan)這(zhe)些(xie)材(cai)料(liao)性(xing)能(neng)優(you)異(yi)
，但(dan)它(ta)們(men)隻(zhi)專(zhuan)注(zhu)於(yu)一(yi)種(zhong)功(gong)能(neng)，即(ji)有(you)害(hai)分(fen)子(zi)感(gan)應(ying)或(huo)還(hai)原(yuan)，從(cong)而(er)阻(zu)礙(ai)了(le)它(ta)們(men)在(zai)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)物(wu)威(wei)脅(xie)方(fang)麵(mian)的(de)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)。

 在這裏，我們報告了一種前所未有的光熱效應，通過將光子燒結處理的光子能量聚焦在用金屬離子前體裝飾的高度周期性的3D薄殼TiO2（3D TiO2）上
，可以有效形成PE NPs。3D TiO2的關鍵形狀因子經過優化，總膜厚度為6毫米

，殼厚度為30納米
，在光子燒結處理後可在氧化物界麵處提供強光散射
，從而增強光吸收和增強光熱效應。因此，塗覆在TiO2表麵的金屬離子前體立即還原，形成原子混合異質結構（例如Pt

、PtPd、PtPdNi、PtPdCo和PtPdNiCo）的高度表麵反應性PE NPs（<5nm）。實驗測量和多物理計算模擬定義了所有底層機製，以指導材料係統中的關鍵考慮因素。此外，一組使用3D TiO2@PE NPs的實例展示了在三個代表性應用中的能力，（1）在室溫下選擇性切換化學檢測，作為使用半導體金屬氧化物的光活化化學傳感器的基本功能；（2）作為使用光催化活性的潛在環境修複係統的可重複使用的活性成分；（3）在單個設備中實現H2S氣體傳感的雙模式以及對水中環境汙染物（如亞甲藍(MB)和全氟辛酸(PFOA)）的中和。

引用：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ta/d3ta02160b

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