基于IL改性Bi2MoO6/MXene/MIL-100(Fe)三元协同体系的高效可见光催化水净化技术研究

本文报道了一种通过离子液体（IL）修饰Bi2MoO6、MXene电荷介导和MIL-100(Fe)吸附氧化协同作用构建的多功能可见光催化剂。该三元复合体系通过组分功能互补（可见光捕获、电子传输、污染物富集与氧化），实现了对活性红192、四环素等广谱污染物的高效降解，为可持续水处理提供了新策略。

　　

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Reagents

本研究采用二水合钼酸钠（Na₂MoO₄·2H₂O）、九水合硝酸铁（Fe(NO₃)₃·9H₂O）、五水合硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O）和氢氟酸（HF）作为主要无机前驱体。苯-1,3,5-三羧酸（H₃BTC）作为有机连接剂，CTAB作为表面活性剂。乙醇（纯度99%）和乙二醇（EG）在制备步骤中作为溶剂。异丙醇（IPA）、苯醌（BQ）和乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）用于活性物种捕获实验。所有化学品均为分析纯，直接使用未经进一步纯化。

Characterization results

通过X射线衍射对所有合成材料的物相结构进行表征，结果如图2所示。Ti₃C₂基MXene的衍射图谱在2θ范围内约8.5°、19°、29°、34°和61°处显示其特征衍射峰，分别对应（002）、（006）、（008）、（100）和（110）晶面。这些清晰的峰证实了层状晶体结构，并验证了典型MXene特征的保留。

Conclusion

本研究通过逐步工程化构建多功能MIL-100(Fe)@IL-Bi₂MoO₆/MXene杂化材料，实现了光催化水净化技术的范式转变。通过整合三个功能独特却协同互连的组分，建立了一个超越光捕获、电荷传输和污染物可及性传统权衡的催化平台。IL导向生长的Bi₂MoO₆产生了具有增强可见光吸收和改善结晶度的晶体，而MXene纳米片作为超快电子通道，显著抑制电荷复合。MIL-100(Fe)框架的加入不仅通过其分级孔隙率提供卓越的污染物吸附能力，还引入了基于Fe³⁺/Fe²⁺循环的额外光芬顿活性。这种协同作用使得复合材料在高低功率（400W/125W）可见光照射下对多种污染物（活性红192、孔雀石绿、罗丹明B、四环素、双氯芬酸）均表现出快速降解性能。活性物种鉴定实验证实超氧自由基（•O₂^-）和光生空穴是降解途径中的主要活性物种。该复合材料还表现出优异的稳定性、可重复使用性和广谱效率，为可持续水管理提供了有前景的解决方案。

Funding

作者感谢国王哈立德大学研究与研究生院通过大型研究项目（资助号RGP2/269/46）对本工作的资助。