二十多年前，首次發表了使用“微塑料”這一術語的研究，指的是在沿海環境中發現的直徑約20微米的塑料碎片[1]。如今，微塑料已被廣泛認為是污染物，最大尺寸為5毫米。這些顆粒具有很高的耐久性，可以容易地在不同生態系統之間轉移，在環境中積累或被動物或人類攝入[2]。微塑料也被認為可能對生物體有害，因為它們會引起毒性效應并擾亂生物過程[3]、[4]。2024年，全球塑料年產量達到4.309億噸，其中超過20%是聚乙烯（PE），包括LDPE和HDPE[5]。全球有超過160萬噸LDPE薄膜用于農業，覆蓋了2000多萬公頃的農田，而且這一數字還在不斷增加[6]。農業塑料廢物是一個日益嚴重的全球環境問題，歐洲每年產生的塑料廢物超過130萬噸[7]。由LDPE制成的塑料薄膜在透光性、隔熱性、防水性和耐久性方面表現出優異的性能。塑料薄膜在現代農業中起著關鍵作用，可以提高作物產量50%，最大化水的有效利用，并顯著減少化學肥料的使用[8]、[9]。

盡管LDPE薄膜具有許多優點，但在典型土壤條件下，一旦釋放到環境中，其完全降解需要超過300年的時間[10]。隨著時間的推移，風化過程會導致薄膜破碎，從而釋放出數千個微塑料顆粒。最近的研究表明，在自然夏季陽光照射下70天后，薄膜會釋放出大約163個微塑料顆粒/平方厘米，粒徑范圍在0.02-0.10毫米之間[11]。當前的研究明確指出，塑料薄膜是土壤和農業生態系統中微塑料的直接來源。例如，在西班牙南部的農田中，土壤中的微塑料平均濃度超過了2000個微塑料顆粒/千克[12]。在中國19個省份進行的研究發現，土壤中的微塑料濃度高達324.5千克/公頃[13]。微塑料的存在對土壤健康有負面影響，因為它會導致結構變化、養分動態改變以及微生物多樣性的破壞，最終影響植物生長。此外，在許多土壤生物中檢測到了微塑料，尤其是在無脊椎動物中，包括蚯蚓、甲蟲、蝸牛和蛞蝓[14]。陸地塑料污染是海洋污染的主要來源，因為海洋中大約80%的塑料廢物來自陸地[4]、[15]。

已經開發了多種去除微塑料的技術，其中光催化降解受到了特別關注[16]。TiO₂及其復合材料由于其光催化活性、化學穩定性、無毒性和成本效益以及商業可用性而成為最廣泛應用的催化劑之一[17]。然而，由于TiO₂對可見光的吸收有限以及電子和空穴的高復合率，其用于光催化降解的應用仍然受到限制。在TiO₂上沉積貴金屬是提高其光催化活性的最有效方法之一。例如，銀（Ag）被用作TiO₂的摻雜劑，可以有效減少電子-空穴對的復合，并提高催化劑對可見光譜的光吸收[18]、[19]。Ag-TiO₂納米復合材料的催化性能高度依賴于銀的含量。Zaharuddin（2024）發現，含有2.5摩爾%銀的Ag-TiO₂在紫外光下表現出最高的催化性能，而含有5摩爾%銀的涂層在可見光下表現出更好的性能[20]。先前的研究表明，增加TiO₂表面的銀含量可以降低帶隙。例如，裸露的TiO₂的帶隙為3.22電子伏特，而含有1.25重量%銀的Ag-TiO₂的帶隙降低到3.02電子伏特[21]。TiO₂帶隙的降低有助于改善光吸收、增強電荷分離，并提高整體催化性能[22]。在這項研究中，我們選擇了三種不同銀含量的Ag-TiO₂（0.5毫摩爾、1毫摩爾和3毫摩爾）來降解LDPE薄膜。研究目的有兩個：首先，探討Ag-TiO₂中銀含量增加對降解效率的影響；其次，確定實現足夠催化活性所需的最小銀含量，同時考慮經濟可行性。需要注意的是，較高的銀含量會增加催化材料和降解過程的總體成本，特別是在大規模應用中。

迄今為止，Ag-TiO₂納米材料已被用于降解不同化學組成的微塑料，包括LDPE、PS、PA等[21]、[23]、[24]。然而，盡管取得了這些進展，薄膜形狀的微塑料在光催化降解研究中的關注較少。微塑料薄膜特別難以降解，一項研究表明，在TiO₂存在下，經過9天的UV-A照射后，只有4.94%的LDPE薄膜質量損失[25]。大多數先前的研究僅關注了光源、照射時間和光催化系統參數（溫度、pH值）對微塑料光催化降解的影響，而忽略了微塑料的物理性質（尺寸、形狀、顏色）的影響[26]。只有少數研究探討了微塑料物理性質在光降解系統中的作用。例如，Llorente-Garcia（2020）比較了不同尺寸和形狀的LDPE和HDPE微塑料，發現較小的碎片狀顆粒具有更好的光催化性能[27]。微塑料的物理性質，如尺寸、形狀和顏色，可以決定其降解效率，因為這些特性影響它們與光催化劑和活性氧（ROS）的相互作用，以及光散射和吸收[28]。

盡管先前的研究報道了LDPE薄膜的光催化降解，但它們主要關注個別參數，如化學組成或形態，而不是這些參數的綜合影響對光催化性能的影響[29]、[30]、[31]。因此，LDPE薄膜的物理化學參數、催化劑特性以及相關ROS生成機制對光催化降解過程的綜合影響尚未得到充分理解。鑒于環境中微塑料污染的多樣性，缺乏關于降解效率的綜合參數研究限制了其在實際降解系統中的應用。為了填補這一知識空白并更好地理解LDPE薄膜降解的機制，本研究系統地探討了LDPE薄膜的物理性質（包括尺寸和顏色）、TiO₂上的銀負載以及反應系統中主要的ROS對降解過程的影響。

在這項研究中，使用了尺寸為1×1毫米和3×3毫米的LDPE薄膜微塑料。分析了透明和黑色的LDPE薄膜，因為這些薄膜最常用于農業[32]。在紫外A照射下，使用含有不同銀含量的TiO₂基納米顆粒在水介質中進行了光催化降解研究，以探討銀對光催化降解系統的貢獻。研究了多種分析方法，包括重量損失、表面形態分析、表面官能團的變化以及光催化系統中生成的ROS的評估。這些發現建立了微塑料物理性質與LDPE薄膜光催化降解之間的聯系，從而推進了對微塑料降解機制的理解。此外，研究結果為優化塑料薄膜設計提供了有價值的信息，并有助于全球減少微塑料的努力。

使用TEM檢查了不同銀含量的TiO₂和Ag-TiO₂納米材料的表面形態。圖1(a)中的TiO₂納米顆粒的TEM圖像顯示出不規則的形狀和廣泛的尺寸分布，平均直徑為130納米。通過觀察歸因于銀納米顆粒的暗斑確認了Ag納米顆粒在Ag-TiO₂納米材料中的存在，因為銀的原子量高于鈦（圖1(b-d)）[43]。TiO₂...