界面工程化BiVO4-TiO2纳米复合材料用于增强太阳能光催化降解四环素的研究

本文报道了一种通过水热法合成的BiVO4-TiO2（BVTO）异质结纳米复合材料，其在自然太阳光下对四环素盐酸盐（TC）展现出卓越的光催化降解性能。最优配比BVTO10（90:10）在40分钟内实现了91.3%的降解率，其性能提升归因于Type-II异质结有效抑制了电子-空穴对复合，并通过比表面积增大（5.8倍）和自由基捕获实验证实了超氧自由基与空穴的主导作用。该研究为开发低成本、太阳能驱动、可重复使用的水处理光催化剂提供了新策略。

　　

材料要求

四环素盐酸盐（TC，90-99%）购自HIMEDIA（印度）。Bi(NO₃)₃·5H₂O（98%）和NH₄VO₃（99%）由Loba Chemie Private Limited（印度）提供。NaOH（90%）和HNO₃（70%）购自SD Fine Chemicals（印度）。Degussa TiO₂ P25采购自Sigma Aldrich（印度）。所有化学品均直接使用，未进一步纯化。

BiVO₄催化剂的合成

采用水热法合成BiVO₄纳米颗粒：将硝酸铋和偏钒酸铵溶液混合后，通过调节pH并转移至高压反应釜中进行晶化生长，最终获得具有光催化活性的BiVO₄材料。

FESEM和EDS分析

图1展示了BiVO₄、BVTO₁₀和TiO₂的形貌与元素分布。纯BiVO₄呈球形颗粒（80-95 nm），存在轻微团聚；而BVTO₁₀复合材料颗粒尺寸减小至50-60 nm，分散性显著改善。TiO₂则呈现30-45 nm的颗粒并形成三维网络结构。EDS谱图证实了Bi、V、O、Ti元素的均匀分布，表明成功构建了异质结。

结论

本研究成功开发出BiVO₄-TiO₂复合光催化剂，其中BVTO₁₀在太阳光下对四环素的降解率高达91.3%，显著优于纯BiVO₄（58.8%）。该复合材料通过形成Type-II异质结有效抑制电荷复合，提升比表面积和自由基生成效率，且具备良好的循环稳定性，为实际水体中抗生素的绿色去除提供了可行方案。