镨调控Bi2WO6纳米片微区电子结构构建非自由基平台实现H2O2活化光催化水体净化

针对传统H2O2光芬顿体系中单线态氧(1O2)产率低的问题，研究人员通过镨(Pr)调控Bi2WO6纳米片构建非自由基平台OV-Pr-BinWOx，实现1O2定向生成。该系统在60分钟内降解93.8%亚甲基蓝(MB)，兼具抗干扰性与稳定性，为选择性水体净化提供新策略。

　　

水体中有机染料污染是环境治理的重大挑战，传统处理方法常伴随高能耗或二次污染风险。其中，基于H₂O₂活化的光芬顿技术虽能生成强氧化性单线态氧(¹O₂)，但自由基竞争导致其产率低下。更棘手的是，常规自由基路径产生的羟基自由基(•OH)等活性物种缺乏选择性，易受水质干扰并生成有害副产物。如何定向构建非自由基主导的氧化系统，成为突破现有技术瓶颈的关键。

针对这一难题，中国研究人员通过镨(Pr)离子调控Bi₂WO₆纳米片的微区电子结构，成功开发出新型非自由基平台OV-Pr-Bi_nWO_x。该研究发表于《Environmental Research》，揭示了稀土元素修饰对光催化机制的革新性影响。

研究团队采用水热法制备Pr掺杂Bi₂WO₆，结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术表征材料结构，通过电子顺磁共振(EPR)和猝灭实验验证活性物种，并利用密度泛函理论(DFT)计算阐明了反应路径。

催化剂制备与表征
Pr⁴⁺掺杂诱导产生氧空位(OVs)，使Bi₂WO₆的(131)晶面衍射峰强度显著改变。XPS证实Pr³⁺/Pr⁴⁺氧化还原对的存在，EPR显示OVs浓度随Pr含量增加而提升，为H₂O₂吸附提供活性位点。

反应机制解析
DFT计算表明，Pr调控使H₂O₂的O-H键伸长而O-O键缩短，促进*OOH中间体形成而非•OH。这种电子结构重排使BWPr-5/H₂O₂/光系统产生¹O₂的选择性达89.3%，速率常数较原始体系提高4.7倍。

实际应用验证
在含Cl^-、HCO₃^-等复杂水体中，该系统仍保持90%以上的MB降解率。中间产物分析与植物毒性实验证实，其降解路径更环境友好。

该研究通过稀土元素精准调控催化剂电子结构，首次实现H₂O₂活化路径从自由基到非自由基的定向转变。所构建的Pr-Bi₂WO₆体系不仅解决了¹O₂产率低的核心问题，其电子转移主导的氧化机制更为复杂水质净化提供了抗干扰性强、副产物少的技术方案，推动光催化技术向精准化、绿色化发展。