新型仙人掌状 Bi12O17Br2/Bi2O3/Bi25FeO40光催化剂：可见光下高效降解双酚污染物的新突破

为解决高效光催化剂短缺限制光催化实际应用的问题，研究人员合成仙人掌状 Bi12O17Br2/Bi2O3/Bi25FeO40（BBF）。其降解双酚 A（BPA）效率高达 98.7%，为消除双酚污染物提供新途径。

　　

在当今社会，环境污染问题日益严峻，双酚类污染物因其特殊的危害，成为环境治理领域备受关注的焦点。双酚 A（BPA）作为一种广泛应用于工业生产的原料，大量存在于聚碳酸酯塑料和环氧树脂的制造过程中。然而，它却被认定为内分泌干扰物（EDC），即使在极低浓度下，也会对微生物生态造成负面影响。而且，由于其结构与雌激素相似，长期接触可能导致男性精子质量下降，甚至增加患激素相关癌症的风险。为了从生态系统中有效去除这些污染物，科研人员不断探索新的技术和方法。

传统的物理吸附、生物降解、超声降解等处理污染物的方法，都存在一定的局限性。相比之下，光催化作为高级氧化过程中的一种，因其具有卓越的矿化效率和降解产物无毒的特性，被视为一种高效且环保的污染物去除手段。但目前，实际应用中却面临着高效光催化剂短缺的困境。为了攻克这一难题，来自未知研究机构的科研人员开展了一项具有创新性的研究，其成果发表在《Applied Surface Science》上。

研究人员通过以棒状金属有机框架（MOF，CAU - 17/MIL - 100 (Fe)）为前体进行水解，首次成功合成了一种独特的仙人掌状 Bi₁₂O₁₇Br₂/Bi₂O₃/Bi₂₅FeO₄₀（BBF）光催化剂，并通过控制水解时间来调节光催化剂的比例。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。通过粉末 X 射线衍射（XRD）对光催化剂的晶体结构进行表征分析，以此确定各成分的特征峰和晶体平面。利用液相色谱 - 质谱联用仪（LC - MS）检测光催化反应过程中的中间产物，为推断双酚 A（BPA）可能的降解途径提供依据。同时，借助密度泛函理论（DFT）和定量构效关系（QSAR），深入探讨 BPA 降解过程中中间产物的毒性演化情况。

在研究结果方面：

• 光催化剂的结构与组成：通过 XRD 分析发现，Bi₂O₃的峰与 JCPDS - 71–2274 中的主峰相匹配，Bi₁₂O₁₇Br₂在 2θ = 28.55°、32.62° 和 46.67° 处的峰分别代表（117）、（200）和（220）晶面。不过，Bi₁₂O₁₇Br₂、Bi₁₂O₁₇Br₂/Bi₂O₃和 BBF 样品中的特征峰强度较低，这是由于湿化学过程导致结晶度降低所致。在这种光催化剂中，Bi₁₂O₁₇Br₂和 Bi₂₅FeO₄₀分散在 Bi₂O₃中，并且 Bi₁₂O₁₇Br₂和 Bi₂O₃形成了 S 型异质结。
• 光催化降解效率：所制备的 BBF 在可见光照射下，对五种双酚污染物表现出高效的光催化降解性能。其中，对双酚 A（BPA）的降解效果尤为显著，在 60 分钟内降解率可高达 98.7%。
• 光生电荷转移效率与结构：进一步的表征显示，BBF 的光生电荷转移效率有了显著提升，这也证实了其 S 型异质结结构。这种结构有助于促进光生载流子的分离，从而提高光催化效率。
• 降解途径与中间产物毒性演化：根据 LC - MS 检测到的中间产物，结合 DFT 和 QSAR 分析，研究人员探讨了 BPA 可能的降解途径以及中间产物毒性的演化情况。这为深入了解光催化降解过程提供了重要信息。

研究结论表明，通过一步溶剂热水解 CAU - 17/MIL - 100 (Fe) 制备的仙人掌状三元材料 BBF，在优化条件下能够成功用于去除五种双酚污染物。同时，研究人员还考察了不同 pH 值和共存离子对光催化剂去除 BPA 活性的影响。该研究成果为解决环境中双酚类污染物的去除问题提供了新的策略和材料，具有重要的理论意义和实际应用价值。它不仅丰富了光催化材料的研究领域，还为后续开发更高效的环境治理技术提供了参考，有望推动光催化在环境污染治理领域的广泛应用，助力实现更加绿色、可持续的生态环境目标。