基于铋的多孔碳材料由于其强大的吸附能力和优异的光催化性能，在环境净化方面具有巨大潜力。然而，铋容易聚集以及光生载流子的快速复合限制了其性能。本研究提出了一种新型的生物质衍生复合材料设计策略。通过浸渍还原法，在菜籽花粉多孔碳上原位生长铋纳米颗粒和微量氧化铋，制备了一种双功能复合材料（Bi/RPC）。菜籽花粉的椭球形形态、三维多孔结构以及氧-氮官能团使得铋纳米颗粒能够均匀分散，防止聚集。得益于高铋含量、丰富的官能团和多孔结构，Bi/RPC对气态碘的吸附容量为2289 mg/g，对环己烷溶液中碘的吸附容量为71 mg/g，显著优于大多数报道的基于铋的吸附剂。同时，铋纳米颗粒和氧化铋形成的异质结系统赋予了该材料光催化降解功能。由于异质结促进了光生电子和空穴的分离，以及RPC框架增强了光捕获和电子转移能力，该材料在H2O2的协同作用下对罗丹明B表现出高效的降解性能。本研究为开发低成本、环保的多功能基于铋的环境净化材料提供了新途径。通过利用天然花粉的固有结构优势，实现了单一材料在碘捕获和染料光催化降解方面的高效双功能应用，为多场景污染控制提供了新思路。
人类文明的迅速发展伴随着能源需求的快速增长。传统化石燃料资源的过度开发以及由此产生的温室气体排放导致的环境污染严重阻碍了人类进步，并威胁到了人类栖息地的完整性。全球迫切需要产生低/无碳排放的可再生能源来替代化石燃料[[1], [2], [3], [4], [5]]。核能因其安全性、清洁性、极低的温室气体排放和成本效益而被视为化石燃料的主要替代品[[6], [7], [8]]。然而，核能也面临储存核废料和核事故泄漏等挑战，这些挑战对环境造成严重污染，威胁人类安全[[9], [10], [11]]。特别是放射性碘，其半衰期从8天（131I）到1.57 × 107年（129I）不等，可能在食物链中累积，对人类代谢过程产生不利影响[[12], [13], [14], [15], [16], [17]]。常见的碘处理方法包括液相洗涤[[18,19]]和固相吸附[[20,21]]。液相方法涉及溶剂与碘的反应，随后以化合物的形式从气相或液相中去除碘；然而，这种方法会产生大量二次废物，影响环境可持续性。相比之下，固相方法利用固体材料将碘蒸气或水溶液中的碘吸附到其表面，实现成功吸附。
除了放射性污染物外，工业染料废水引起的环境危机也亟需解决。染料是具有复杂结构的有机芳香化合物，在中国快速发展的纺织印染行业中得到广泛应用。这导致大量未经处理的印染废水排放到河流、溪流等自然环境中。此类废水含有多种有机染料和其他污染物，不仅会降低水质和土壤质量，还会对水生生物造成毒性和致癌风险[[22], [23], [24]]。常见的染料处理方法包括吸附[[25]]、过滤[[26]]、光催化[[27]]和生物降解[[28]]。其中，光催化在可持续发展方面尤其具有前景，因为它利用无限的光源产生电子-空穴对，促进氧化还原反应，从而降解有机染料并生成水、二氧化碳和小分子等环境友好产物[[29], [30], [31]]。
在众多环境净化材料中，基于铋（Bi）的材料展现出巨大潜力。基于铋的材料因其无毒、稳定性、成本效益和优异性能而成为处理碘和染料的有希望的材料。对于碘吸附，铋元素可以与碘反应生成碘化铋（BiI3）[[32]]，进一步水解生成氧化铋（BiOI）化合物。BiI3和BiOI都具有良好的热稳定性，可以在650°C的温度下烧结，生成稳定的化合物BixOyIz，有效吸附碘而不挥发[[33]]。然而，单独使用铋会导致表面活性增加，从而在吸附过程中增加聚集，减少与碘的接触面积，降低捕获效率[[34,35]]。在染料的光催化降解方面，基于铋的半导体材料（如氧化铋（Bi2O3）、溴化铋（BiOBr）和钨酸铋（Bi2WO6）在可见光下表现出良好的应用前景[[36,37]]，因为它们能生成活性自由基。然而，单独使用基于铋的半导体作为光催化剂时，会受到光生电子快速复合等问题的限制。
为了克服基于铋的材料的应用限制，寻找合适的载体材料至关重要。天然生物质材料因其独特的结构和环保特性，为这一挑战提供了创新解决方案。天然菜籽花粉具有独特的三维结构，表现为椭球形形态和多孔表面，提供了较大的比表面积和均匀的孔分布[[38], [39], [40]]。经过一定处理后，菜籽花粉被用作生物模板，负载基于铋的材料，可以有效分散铋，防止聚集并增加铋与碘的接触面积[[39,41]]。其次，其优异的结构使得表面活性位点密度更高，从而增强内部光散射和反射，提高光捕获效率，并通过缩短扩散长度促进光生载流子的分离[[42]]。
基于上述研究背景，本研究旨在设计一种兼具高效碘捕获和光催化降解的双功能材料，实现天然生物质资源的高值利用。在本研究中，使用Bi(NO3)3·5H2O作为铋的来源，通过浸渍还原法在菜籽花粉上原位生长铋，成功合成了负载金属铋纳米颗粒和少量Bi2O3的新型生物质多孔碳（Bi/RPC）复合材料。Bi/RPC材料表现出出色的碘捕获能力和罗丹明B染料降解性能。总体而言，Bi/RPC被认为是解决放射性碘污染和印染废水污染的有效方案，因其高效的捕获性能、环保性和经济可持续性，符合可持续发展和环境保护的原则。因此，Bi/RPC在未来核安全和环境治理中将发挥重要作用。
