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J. Hazard. Mater.（IF=14.224）磁场诱导电荷分离和氧气转移增强光催化分子氧活化去除水体藻类

水体富营养化引起的有害藻华在全球范围内广泛发生，严重威胁着社会、生态和人类用水安全。铜绿微囊藻是一种具有代表性的淡水藻类，其代谢物微囊藻毒素（MC-LR）具有极强的生态毒性。作为绿色和价格低廉的氧化剂，分子氧（O₂）广泛存在于环境中，近年来，光催化氧活化技术在水体藻类的去除具有显著成效，然而光催化剂对O₂的特异性吸附较差以及从光催化剂向O₂转移的有效电子较少，导致氧活化效率较低。在磁场中，运动电荷偏离，电子和空穴受到异电荷的斥力，加速光生电子和空穴的分离和转移。此外，已有报道表明，旋转磁场可增强氧气的转移率。然而，采用磁场协同增强光催化分子氧活化去除水体藻类却鲜有报道。

河北工业大学能源与环境工程学院研究团队在环境科学与生态学领域Top期刊Journal of Hazardous Materials在线发表了题为“Magnetic-field-induced simultaneous charge separation and oxygen transfer in photocatalytic oxygen activation for algae inactivation”的文章，采用一种高效的光催化剂BiO_2-x/Bi₃NbO₇ (O_V-BO/BNO)为模型，探究磁场对光催化O₂的强化机制，及磁场辅助光催化去除藻类，修复水体的可行性。

研究发现，在没有可见光时，不同磁场环境下O_V-BO/BNO对藻类的生长无显著影响。在可见光照射150 min后，O_V-BO/BNO对叶绿素a的降解效率为55.52%，且随着磁场强度增加，叶绿素a降解效率增强。在150 mT和200 mT下，叶绿素a降解效率分别为82.97%和83.54%。在100 mT、150 mT和200 mT下光催化反应速率分别是对照的1.52倍、2.07倍和2.10倍，磁场环境有效增强了光催化分子氧活化。

短时间内氮和氧对水体藻类的生长无显著影响，与对照相比，在磁场环境下，富氧时叶绿素a去除率显著提高，缺氧时则表现为抑制作用。磁场环境下，腐植酸、无机阴离子和pH条件均不影响光催化灭藻和MC-LR的降解，磁场辅助光催化在废水处理应用中具有出色的稳定性，且经过5次循环测试，150 min内叶绿素a的去除率仍保持在83%以上。通过观察非电解质（OD₂₆₄）和电解质（K⁺为主），对照中，OD₂₆₄缓慢上升，而磁场环境下OD₂₆₄呈先增加后下降的趋势，磁场环境下，细胞膜破坏严重，细胞渗透能力增强，胞外有机物被ROS降解，OD₂₆₄下降；K⁺释放量增加，藻类细胞的肽聚糖结构遭到破坏，实现藻类高效灭活。与对照相比，磁场环境下60 min时藻类细胞破坏严重，而对照组仅有部分凹陷和褶皱，150 min后大部分细胞结构才破坏完全，磁场环境，增强了O_V-BO/BNO对光催化藻类灭活的性能。与对照相比，磁场环境下O_V-BO/BNO对藻类中叶绿素b和类胡萝卜素去除率显著增强，植物固定蛋白含量显著下降，磁场增强了光催化对藻类光合色素合成的破坏作用，促进藻类细胞凋亡。

磁场环境下，O_V-BO/BNO具有更高的O₂活化能力，诱导增强·O₂^-信号，ROS产量提高，提高光催化藻类失活的能力。磁场下，光电流密度增加，磁场中的洛伦兹力可有效增强光生电荷分离和转移。在开路电位衰减测试中，磁场环境下，光生电荷浓度增强，O_V-BO/BNO在磁场下的光生电子寿命较长，磁场增强了光催化效率。磁场作用下，水分子的氢键遭到破坏，水活度增加，气液传质系数提高59.79%，更多氧还原为超氧自由基，且O_V-BO/BNO光催化下藻类失活率增强2.07倍。磁场技术与催化剂的协同应用，为废水处理、藻类净化提供了新方法。