背景介绍

 为了应对反渗透过程中可能引发的生物污染问题，广泛采用生物抑菌剂来抑制微生物的繁殖。其中，异噻唑啉酮(BIT)因其高效且广谱的特性而被作为抑菌剂广泛应用。然而，过度使用异噻唑啉酮也引发了一系列问题。生物接触异噻唑啉酮可能导致皮肤过敏、神经细胞死亡等负面影响，并对生态环境造成潜在危害，因此应在排放前对异噻唑啉酮进行处理。传统的处理方法通常采用臭氧氧化，然而这一过程不仅能耗较高，还伴随着二次污染问题。为了解决异噻唑啉酮处理中的难题，光催化技术受到广泛探索。锐钛矿相二氧化钛具有高光催化活性和强氧化还原能力，但其在仅占太阳光谱4%的紫外光区域展示出较高活性。此外，二氧化钛上产生的光生电子-空穴对易发生重组，对光催化性能带来不利影响。因此，改性二氧化钛来降低其禁带宽度、抑制电子-空穴对的复合，并拓展其光吸收范围，成为解决光催化处理异噻唑啉酮所面临挑战的关键之一。

 成果简介

 为提升二氧化钛的光催化性能，引入了B元素替代TiO2中的O，创造氧空位和电子缺陷。同时，以稀土金属Gd元素对TiO2进行掺杂，替代Ti。相对于Ti，Gd原子的较大半径，因而Gd的掺杂导致电荷不平衡，使TiO2晶格扭曲，产生更多氧空位，这有利于太阳辐射下形成电子-空穴对，并延缓电荷载流子的复合。金属或非金属元素的掺杂有助于产生反应性自由基，如•OH和O2•−，促进有机污染物的吸附和降解。此外，降低TiO2制备过程中的煅烧温度导致TiO2前体（如钛酸四丁酯）不完全矿化，这能够引入部分碳掺杂，以增加氧空位并导致带隙变窄。同时，碳掺杂提高材料的亲水性，有助于有机污染物的吸附和催化降解。为深入研究光催化剂自由基的生成和污染物降解机理，还进行了表征、猝灭实验、电子自旋共振（ESR）测试、质谱（MS）分析以及密度泛函理论（DFT）计算等研究。