小球藻提取物的光催化增强

摘要：半导体光催化技术因其清洁、经济、节能的高级氧化特性，已成为环境与能源领域极具前景的研究方向。然而，不适宜的带隙宽度和较低的太阳能利用率仍是制约光催化剂实际应用的瓶颈问题。

半导体光催化技术因其清洁、经济、节能的高级氧化特性，已成为环境与能源领域极具前景的研究方向。然而，不适宜的带隙宽度和较低的太阳能利用率仍是制约光催化剂实际应用的瓶颈问题。

卤氧化铋(BiOX, X=Cl, Br, I)作为一种新型层状结构材料，在光催化领域备受关注。不同卤素原子赋予BiOX差异化的带隙：BiOI(~1.7 eV)、BiOBr(~2.6 eV)、BiOCl(3.2-3.5 eV)。与TiO₂、ZnO、WO₃等常用光催化剂类似，BiOX存在本征缺陷：BiOI窄带隙导致电子-空穴复合快，而BiOCl宽带隙限制其可见光响应。

针对上述问题，研究者已开发出掺杂改性、表面修饰、异质结构建及复合结构设计等调控策略。近年来，生物质提取物作为一种环境友好型试剂，在TiO₂、ZnO、Ag、Au、Pt、CuO等纳米材料合成中展现出独特优势。这类富含醛基、酚羟基、羧基等官能团的提取物，不仅能减少废弃物排放、避免使用危险化学品，还可通过表面修饰增强生物分子与纳米颗粒的相互作用。提取物中的活性生物分子作为生物还原剂，能精准调控纳米颗粒形貌尺寸；其优异的光敏特性更可拓宽光催化剂的光响应范围。但现有研究往往忽视生物提取物原位使用对光催化剂形貌和表面特性的影响。

值得注意的是，源自小球藻的叶绿素作为天然敏化剂，在提升光催化降解效率方面潜力显著。小球藻含有蛋白质、氨基酸、多糖、脂肪酸、维生素、矿物质及色素等丰富的生物活性成分，其提取物在光催化材料改性中具有多重增效机制。

其中，脂溶性色素（如叶绿素、类胡萝卜素）占小球藻干重的3-5%，仅叶绿素含量即达0.5-1.5%，显著高于多数蔬菜中的含量。叶绿素具有优异的可见-近红外光捕获能力，是理想的光敏剂。其作为光敏剂需满足四大要素：与半导体表面形成有效化学键合、宽谱光吸收、快速电子转移及抑制电子-空穴复合。

前期研究已探索小球藻叶绿素在光催化中的敏化作用。本团队曾利用载有BiOCl的3D打印载体结合小球藻进行罗丹明B（RhB）降解，发现叶绿素可能具有光敏化作用，但尚未系统揭示其作用机制及对其他BiOX变体的敏化规律。

本研究通过乙醇浸提法从小球藻中提取叶绿素，评估其对BiOX（BiOCl、BiOBr、BiOI）材料在可见LED光源（410-420 nm）下降解RhB的光敏化性能。通过表面吸附策略将叶绿素修饰于BiOX表面，构建具有增强光敏特性的Ch-BiOX复合材料。结果表明：叶绿素敏化显著提升BiOX光催化效率，其中BiOBr获得最佳性能提升；系统解析了不同BiOX变体的活性差异，并探讨了不同参数条件对降解过程的影响规律。该研究为阐释小球藻叶绿素提升BiOX材料光催化效率的作用机制提供了新视角。

Yan Li, Liangbin Lin, Fengrui Wu, Lihong Xu, Yi Zhang, Xinshu Xia,Changlin Cao, Weiming Zhou, Liren Xiao, Qingrong Qian and Qinghua Chen.

In situ modification of bismuth oxyhalide photocatalysts with natural chlorophyll for enhanced photocatalytic performance. RSC Advances, 2025, 15: 4820-4828.