废水中有机污染物（如染料、抗生素）的降解备受关注，光催化方法因绿色、高效、可持续而迅速发展。目前，各种光催化剂（如ZnO、TiO2、BiOCl）被相继开发，但常因可见光吸收弱、光催化效率低、难以操控回收而受限。近年来，磁性微纳米机器人为构建新型光催化平台提供了可能，既能够快速传质并实现异质结作用下的高效光催化，也可以实现磁性回收和复杂环境靶向应用。但是，如何突破磁性微纳米机器人与高效光催化剂的系统集成及可控制造仍是挑战。
微生物具有精致的标准形状和优良的生物相容性，基于微生物模板制造磁性微机器人已成为研究热点，而富含叶绿素的小球藻细胞在可见光吸收方面更具有独特优势。本研究以小球藻细胞作为成形模板，实现了Fe3O4纳米颗粒和BiOX（X=Cl、Br、I）纳米片的高效沉积，制造出具有可调核壳结构的磁性球型微机器人，并展示了其在可见光下光催化降解有机污染物（亚甲基蓝、盐酸四环素）的优异性能。其中，载BiOBr磁性微机器人展现出相对最佳的光催化效能，且在磁场驱动下能够灵活推进，实现增强光催化和便捷回收。与静止状态相比，其光催化降解亚甲基蓝和盐酸四环素的k值最大可提升159.5%和63.0%。此外，该研究通过淬灭试验及系列表征，深入揭示了载BiOBr磁性微机器人的光催化特性及有机污染物的降解机制。本研究为制造具有高效光催化性能的生物基磁性微机器人提供了一种便捷可靠的方法，所制备的卤氧化铋磁性微机器人在环境修复等领域具有重要潜力。
图1 卤氧化铋磁性微机器人的制备及其表面形貌
(a)制备工艺流程；(b-d)不同类型的卤氧化铋磁性微机器人
图2 卤氧化铋磁性微机器人的成分结构表征
(a-c)不同类型的卤氧化铋磁性微机器人；(d-f)载BiOBr磁性微机器人
图3 载BiOBr磁性微机器人的磁驱运动性能及增强光催化特性
(a-b)磁驱操控及速度测试；(c-d)亚甲基蓝降解测试；(e-f)盐酸四环素降解测试
图4 BiOBr纳米片及载BiOBr磁性微机器人光催化特性对比
(a-b)超氧自由基测试；(c-d)空穴测试；(e)光电流测试；(f)电化学阻抗测试
图5 淬灭实验及光催化降解机制
(a-c)亚甲基蓝降解测试；(e-f)盐酸四环素降解测试
论文信息：De Gong, Yan Li, Hui Zhou, Bo Gu, Nuoer Celi, Deyuan Zhang, Jun Cai*. BiOX-loaded biohybrid magnetic microrobots for enhanced photocatalysis under visible light. Applied Materials Today. 35 (2023) 101915.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apmt.2023.101915
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