三维鱼骨状氟化BiVO4作为还原端增强光催化降解染料污染物的机制研究

针对水体中难降解有机污染物（如MB染料）的去除难题，研究人员通过构建三维鱼骨状氟掺杂BiVO4（F-BiVO4）光催化剂，显著提升电子迁移率与导带电位，使MB降解效率达原始样品的1.8倍，并为F-BiVO4/g-C3N4异质结系统提供新型还原端材料。

　　

随着工业发展导致的水体污染加剧，难降解有机污染物（如纺织染料甲基蓝MB）对生态环境构成严重威胁。传统处理方法难以有效分解这类物质，而光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点。然而，光催化材料普遍面临电子迁移率低、氧吸附能力弱等瓶颈。BiVO₄虽具有可见光响应特性，但其本征电子传输性能限制了实际应用。

为突破这一局限，河北科技大学的研究团队在《Applied Catalysis A: General》发表论文，创新性地设计出三维鱼骨状氟化BiVO₄（F-BiVO₄）光催化剂。通过同步实现氟元素晶格掺杂与表面吸附，该材料不仅将MB降解效率提升至原始样品的1.8倍，更揭示了氟调控能带结构与自由基活化的分子机制。

研究采用X射线光电子能谱（XPS）分析元素价态，通过电镜表征三维形貌，结合光电化学测试验证载流子分离效率。Zeta电位测试显示氟化使材料表面电荷由负转正（-0.331 mV→1.130 mV），显著增强对阴离子染料MB的吸附能力。能带分析表明氟掺杂使BiVO₄导带电位上移0.12 eV，拓宽可见光吸收范围。

Microstructure and morphology
三维鱼骨结构暴露出更多活性位点，氟离子作为电子陷阱抑制载流子复合。表面吸附的氟促进羟基自由基（·OH）生成，而晶格掺杂氟通过提升电子密度加速O₂活化。

Conclusion
该工作不仅证实F-BiVO₄可作为高效还原端材料用于异质结构建，还通过中间产物分析阐明MB的降解路径。氟的双重作用（晶格掺杂与表面吸附）为设计新型光催化剂提供新思路，对解决水体POPs污染具有重要应用价值。

这项研究的突破性在于将形态调控与元素掺杂协同优化：三维结构解决载体传输限制，氟元素修饰精准调控电子结构。所开发的F-BiVO₄/g-C₃N₄系统为复杂环境污染物治理提供了可扩展的技术方案，其机理研究为半导体能带工程提供了实验范本。