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针对传统方法难有效去除 2,4 - 二氯苯酚（2,4-DCP）的问题，研究人员开发 In?O?/BiVO?（INBV）复合压电光催化剂。经两步水热法合成的 40-INBV，60 min 内对 10 mg/L 2,4-DCP 降解率达 91.67%，其 Type-S 异质结促进载流子分离，为处理难降解污染物提供新途径。
研究背景与意义
在工业废水和农药残留中，2,4 - 二氯苯酚（2,4-DCP）作为典型氯酚类污染物，因其具有致畸、致癌、致突变的 “三致” 特性，且易在环境中累积（高辛醇 - 水分配系数、长半衰期），传统物理和生物处理方法难以有效去除，对生态系统和人类健康构成严重威胁。光催化和压电催化虽能通过产生自由基降解污染物，但前者存在光吸收范围窄、载流子复合快的问题，后者依赖稳定机械振动且能量转换效率低。在此背景下，结合光催化与压电催化的压电光催化技术应运而生，其通过机械应力（如超声振动）产生内建电场，促进光生载流子分离，抑制复合，提升催化效率。然而，现有压电光催化材料面临降解效率低、重复利用性差及材料体系单一等挑战，开发高效异质结复合催化剂成为突破关键。
为解决上述难题，广西相关研究机构的研究人员开展了 In?O?/BiVO?（INBV）异质结压电光催化剂降解 2,4-DCP 的研究。该研究成果发表于《Applied Surface Science》，为水体中难降解有机污染物的治理提供了新思路与技术支撑。
主要研究方法
研究采用两步水热法合成 INBV 复合催化剂。首先通过扫描电子显微镜 - 能量色散 X 射线光谱（SEM-EDX）对纯 In?O?（INO）、BiVO?（BVO）及 40-INBV 异质结进行形貌与元素分析。结合密度泛函理论（DFT）计算，从实验与理论层面解析材料的压电光催化机制。通过模拟太阳光与超声振动协同作用的降解实验，对比不同催化剂对 2,4-DCP 的去除效率，验证 INBV 异质结的协同催化性能。
研究结果
催化剂合成与形貌表征
通过水热法成功制备 In?O?纳米棒与 BiVO?纳米块组成的 40-INBV 异质结。SEM 图像显示，BVO 呈规则块状结构（长约 2 μm，宽 100-300 nm），INO 为团聚状纳米棒（直径 1-2 μm），复合后形成紧密接触的异质结界面，为载流子迁移提供结构基础。
催化性能评估
在 60 min 内，40 mg 的 40-INBV 对 10 mg/L 2,4-DCP 的降解效率达 91.67%，分别是纯 INO 和 BVO 的 1.6 倍与 2.17 倍。与单一光催化或压电催化相比，超声与可见光协同作用下的压电光催化效率提升近 40%，证实了双机制的协同增强效应。
降解机制解析
研究表明，INBV 异质结为 Type-S 型，其电荷转移机制区别于传统异质结。在压电极化场与界面内建电场的共同作用下，光生空穴因 BVO 的强氧化能力优先富集于其表面，电子则因 INO 的强还原特性迁移至另一侧，实现载流子的空间分离。这一过程显著促进超氧自由基（?O??）和羟基自由基（?OH）的生成，驱动 2,4-DCP 的氧化还原降解。DFT 计算进一步验证了 Type-S 异质结的能带结构与载流子分离效率的关联性。
研究结论与讨论
本研究构建的 In?O?/BiVO? Type-S 异质结压电光催化剂，通过超声振动与可见光的协同作用，实现了对 2,4-DCP 的高效降解。Type-S 异质结独特的电荷分离机制与压电效应的结合，为提升催化效率提供了双重驱动力。该研究不仅拓展了 In?O?和 BiVO?在压电光催化领域的应用，也为设计新型异质结材料处理水体难降解污染物提供了理论与技术范例，对水污染治理中的高效催化剂开发具有重要指导意义。未来可进一步优化材料组成与结构，提升其实际应用中的稳定性与重复利用性能，推动该技术向工程化应用转化。
