极化铁电 BaTiO3/CuFe2O4：开启光催化降解喹啉新征程

含氮杂环化合物（如喹啉）是焦化废水中难降解有机污染物，传统微生物技术降解效率低。研究人员构建极化铁电 BaTiO3/CuFe2O4Z- scheme 异质结用于喹啉降解。该体系喹啉去除率达 99.65%，为水净化技术提供新思路。

　　在水污染治理的领域中，含氮杂环化合物就像一个个顽固的 “小怪兽”，给环境带来了极大的挑战。它们广泛存在于焦化废水中，其中喹啉作为典型代表，凭借着超强的抗生物降解能力，让传统的微生物处理技术屡屡碰壁。在厌氧环境下，能对付喹啉的微生物数量少得可怜，这使得喹啉成为污水处理过程中令人头疼的难题。而光催化技术虽有着反应条件温和、操作简单、无二次污染等优点，但其电子转移速率慢、活性物种浓度低等问题，限制了对喹啉这类难降解污染物的处理效果。在此背景下，开发一种高效且环境友好的喹啉去除方法迫在眉睫。

国内研究人员为了解决这些难题，进行了深入研究。他们创新性地构建了极化铁电 BaTiO₃/CuFe₂O₄ Z- scheme 异质结，将其应用于过硫酸盐（PS）/ 光催化体系中，协同降解喹啉。研究发现，极化后的 VIS/PS/BaTiO₃/CuFe₂O₄* 体系对喹啉的去除率高达 99.65%，且具有出色的循环稳定性，远超未极化体系（VIS/PS/BaTiO₃/CuFe₂O₄去除率仅 83.64%）。这一研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上，为水污染治理提供了新的方向和策略，也为其他集成高级氧化技术在水净化中的应用提供了宝贵的参考。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。通过 X 射线衍射（XRD）对催化剂的晶体结构进行分析；利用压电响应力显微镜（PFM）观察材料的压电性能；借助 X 射线光电子能谱仪（XPS）、电子顺磁共振波谱仪（EPR）以及光电化学测试，探究反应机理；还运用密度泛函理论（DFT）计算从理论层面阐释铁电极化场的作用机制。

下面来看看具体的研究结果：

• 催化剂结构和形貌：通过 XRD 对 BaTiO₃、CuFe₂O₄和 BC21 复合材料的晶体结构进行研究，结果显示纯 BaTiO₃和 CuFe₂O₄的衍射峰分别对应其各自的四方相，BC21 复合材料也有特定的衍射峰，表明成功合成了目标复合材料。
• 催化性能研究：对比极化和未极化的体系，发现极化后的 VIS/PS/BaTiO₃/CuFe₂O₄* 体系在喹啉降解实验中表现优异，去除率高达 99.65%，循环稳定性良好，而未极化体系去除率仅 83.64%。同时研究了极化条件和催化反应参数对 BaTiO₃/CuFe₂O₄催化性能的影响。
• 反应机理探究：结合 PFM、XPS、EPR、光电化学测试和 DFT 计算等多种手段，揭示了铁电极化场促进光生载流子通过 Z- scheme 途径定向迁移，增强了电荷载流子的分离。并且极化产生的表面位点改善了 PS 的吸附和活化，生成大量活性物种，从而高效降解喹啉。通过对中间产物的分析，进一步明确了喹啉的降解途径。

综合研究结果和讨论部分，该研究成功制备了 BaTiO₃/CuFe₂O₄ Z- scheme 铁电光催化剂，并详细探究了其在 PS / 光催化降解喹啉过程中的性能和机理。明确了电晕极化条件和催化反应条件对喹啉降解的影响，证实了铁电极化在优化 PS - 光催化体系中的重要作用。为解决含氮杂环化合物这类难降解有机污染物的处理问题提供了新方法，也为铁电材料在耦合体系中的应用奠定了实验和理论基础，推动了环境水处理组合工艺的发展，对环境保护和水资源净化有着重要的意义。