g-C3N4-TiO2/Ti3C2复合修饰TiO2纳米结构光电极增强四环素光电催化降解性能研究

研究人员针对抗生素废水污染问题，通过构建TGTA/g-C3N4-TiO2/Ti3C2复合光电极，显著提升四环素的光电催化降解效率（76.14%，105分钟），其速率常数达13.64×10?3 min?1，较传统电极提高3-7倍。该研究为抗生素废水处理提供了高效稳定的绿色解决方案。

　　

论文解读：

抗生素滥用导致的废水污染已成为全球环境挑战。四环素作为典型抗生素，因其高水溶性和稳定性在环境中持续积累，传统处理方法效率低下。光电催化技术结合了光催化与电催化的优势，但现有半导体材料存在可见光吸收差、载流子复合率高等瓶颈。伊朗Sahand理工大学的研究团队创新性地将二维材料Ti₃C₂ MXene与g-C₃N₄-TiO₂复合，构建了具有分级结构的TGTA（TiO₂纳米草/纳米管阵列）光电极，相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》。

研究采用阳极氧化法制备TGTA基底，通过复合沉积构建异质结结构。利用XRD、SEM、DRS等技术表征材料特性，通过光电化学测试和降解实验评估性能。

Crystalline, optical and morphological properties
XRD证实g-C₃N₄-TiO₂/Ti₃C₂复合物成功负载于TGTA，SEM显示纳米草/纳米管分级结构增大了比表面积。DRS显示复合材料可见光吸收边红移至550nm，PL光谱表明Ti₃C₂的引入使载流子复合率降低60%。

Photoelectrocatalytic performance
在1.5V偏压和10mg/L四环素浓度下，复合光电极降解效率达76.14%，速率常数（13.64×10^?3 min^?1）是纯TGTA的7倍。机理研究表明，Ti₃C₂作为电子桥梁促进了g-C₃N₄向TiO₂的电荷转移，而TGTA的分级结构提供了更多活性位点。

Conclusions
该研究通过多尺度结构设计解决了半导体材料光响应范围窄和载流子分离效率低的核心问题。5次循环后性能保持90%以上，为实际废水处理提供了可规模化应用的解决方案。Samira Yousefzadeh团队的工作不仅拓展了MXene材料在环境领域的应用，更为设计高效PEC系统提供了新范式。