Nano Letters：GO/Ni: FeOOH包覆硅纳米线，加速光催化H2O2过程中•OH产生

高级氧化工艺(AOPs)是一类有效的水净化处理方法，它将绿色氧化剂(如H₂O₂)与紫外线(UV)、臭氧(O₃)或亚铁离子(Fe²⁺，通常来自FeSO₄)结合，以产生高活性的•OH。作为一种高效的氧化剂，•OH能够去除许多微生物和有机污染物。

在高级氧化技术中，H₂O₂与UV(UV/H₂O₂)的结合在废水处理过程中可以消灭有害微生物，并且不产生潜在的有害离子作为副产品。然而，UV/H₂O₂过程也存在一定的缺陷，因为H₂O₂本身具有较差的紫外线吸收能力，并且不能简单地通过增加H₂O₂浓度来解决，因为过量的H₂O₂可以与•OH重新结合形成水。因此，迫切需要对高级氧化工艺进行改进，以提高废水处理的效率。

基于此，斯坦福大学郑晓琳课题组报道了一种新型多功能光催化剂，用于提高UV/H₂O₂过程中•OH产生速率。结果表明，该光催化剂结合了硅纳米线比表面积大、光吸收特性好等优点。

与空白H₂O₂溶液样品相比，加入GO/Ni: FeOOH/SiNWs光催化剂将•OH的产量提高了5.7倍，并且将照射吸收光谱扩展到包括紫外线和可见光。在250 nm (7 mW cm⁻²)紫外光照射30分钟后，100 mM H₂O₂中产生的•OH浓度达到3.32 μM (0.332%)。

此外，GO/Ni: FeOOH/SiNW光催化剂(在5 mM H₂O₂溶液中)经250 nm紫外光照射60 分钟，可将50μM MB降解至其初始浓度的1.5%；在100 mM H₂O₂溶液中，经24小时紫外光照射，可将500 nM PS粒子的粒径减小至400 nm。

研究人员研究了GO/Ni: FeOOH/SiNWs提高提高UV/H₂O₂过程中•OH产率的机制：在GO/Ni: FeOOH/SiNWs中，当不同材料相互接触时，由于功函数的不同，它们会形成内建电场。这种内建电场有利于电子与GO、空穴与Ni: FeOOH的分离，从而降低了产生的光生电荷复合的可能性。

具体而言，在光照下，GO表面的电子与O₂结合形成•O^2–，而Ni: FeOOH表面的空穴与H₂O₂反应形成h⁺和O₂，生成的•O^2–可以与Fe²⁺反应生成Fe³⁺和H₂O₂，•O^2–可以与水(H₂O)、氢氧根离子(OH^–)或质子(h⁺)反应生成额外的•OH。

除了•OH之外，生成的•O^2–也是降解有机染料的有效氧化剂。此外，Ni: FeOOH中的Fe³⁺诱导光-Fenton反应发生，促进了更多•OH的产生。总之，这些结果表明，多功能GO/Ni: FeOOH/SiNW光催化剂可以大大提高UV/H₂O₂体系中•OH的产生，这也显示出其在废水处理和塑料降解方面的应用潜力。

Enhanced H₂O₂ Upcycling into Hydroxyl Radicals with GO/Ni:FeOOH-Coated Silicon Nanowire Photocatalysts for Wastewater Treatment. Nano Letters, 2023. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00696