木质纤维素衍生碳改性BiOBr实现高效光催化：揭示木质素的关键作用

本研究发现杨木衍生碳（PWC）修饰的BiOBr（BiOBr/PWC）通过水热法构建，在可见光下显著提升Cr(VI)还原效率（达95%），并首次明确木质素是木质纤维素中起主导作用的组分。其高石墨化程度和开放孔结构有效促进电荷传输与光吸收，为生物炭基光催化剂设计提供了关键理论依据。

　　

Highlight

通过简单的水热法成功构建了杨木衍生碳（PWC）修饰的BiOBr（BiOBr/PWC），其具有独特的花状形态和较高比表面积，显著促进光生电荷载流子分离。在可见光下，BiOBr/PWC对Cr(VI)的还原率高达95%，远超纯BiOBr（6%）和PWC（14%）的性能。

Material characterization and photocatalytic performance of BiOBr/PWC

在200°C下水热反应48小时后，杨木粉末从乳白色转变为碳黑色，表明碳的形成。PWC的XRD图谱在~23°处显示出典型的无定形碳峰。BiOBr/PWC的图谱中保留了BiOBr（JCPDS 73–2061）的所有特征峰，证明其晶体结构稳定性。粉末颜色由白色变为灰黑色，进一步证实碳的成功引入。BiOBr/PWC表现出显著增强的可见光吸收能力，且光致发光光谱强度明显降低，表明光生电子-空穴对复合受到抑制。电化学阻抗谱显示电荷转移阻力减小，光电流响应增强，共同证实了碳修饰对电荷分离的促进作用。

Conclusions

本研究成功开发出一种高效、绿色且经济的BiOBr/PWC光催化剂，并明确了杨木木质纤维素中木质素的主导作用。在可见光下催化Cr(VI)还原时，BiOBr/PWC的还原率达到95%，分别是纯BiOBr和PWC的15.8倍和6.8倍，且在真实阳光下仍保持优异活性。通过对比杨木木质素、纤维素和半纤维素衍生碳与BiOBr复合物的性能（还原率分别为87%、62%和62%），结合表征分析发现木质素衍生碳具有最高石墨化程度和开放孔结构，更有利于电荷传输和光吸收。该工作首次揭示了木质纤维素各组分在光催化中的作用，为生物炭基光催化剂的理性设计提供了重要指导。