碳膜修饰Bi5 O7 I复合材料在可见光下高效同步光催化降解双酚A与Cr(VI)的研究

针对水体中重金属Cr(VI)与有机污染物BPA共存难题，研究人员开发了碳膜修饰Bi5 O7 I(C/Bi5 O7 I)复合光催化剂。该材料通过碳膜与Bi5 O7 I的协同作用，显著提升可见光吸收与电子-空穴对分离效率，实现Cr(VI)还原与BPA氧化的同步高效去除，在pH 3.0-11.0范围内保持稳定活性，为复杂废水处理提供新策略。

　　

【研究背景】
工业废水中的"双毒组合"——致癌物六价铬(Cr(VI))与内分泌干扰物双酚A(BPA)的共存污染，如同潜伏在水环境中的"隐形杀手"。传统处理技术往往顾此失彼：化学沉淀法对BPA束手无策，生物处理难以应对高毒性Cr(VI)。更棘手的是，这两种污染物在自然界会形成"毒上加毒"的协同效应，即使微量存在也会通过食物链威胁人类健康。光催化技术虽被誉为"环境净化利器"，但现有材料普遍存在可见光利用率低、电子-空穴复合快等瓶颈，犹如"太阳能转化器"遭遇"能量泄漏"难题。

【研究概况】
贵州科技团队在《Applied Catalysis A: General》发表研究，通过水热法构建碳膜修饰Bi₅
O₇
I(C/Bi₅
O₇
I)复合材料。该材料创新性地将二维碳膜的电子"高速公路"与Bi₅
O₇
I的可见光"捕手"特性结合，在60分钟内实现Cr(VI)还原率98.2%与BPA降解率91.5%的同步突破，且历经5次循环仍保持90%以上活性。

【关键技术】
研究采用水热法制备碳膜与C/Bi₅
O₇
I复合材料，通过X射线衍射(XRD)确认晶体结构，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析光吸收特性，电化学阻抗谱(EIS)验证电子传输效率，并结合液相色谱-质谱(LC-MS)解析BPA降解路径。

【研究结果】

1. 材料表征：XRD显示碳膜以非晶态均匀覆盖Bi₅
   O₇
   I表面，UV-Vis DRS证实复合材料可见光吸收边红移至550nm，EIS揭示碳膜使电荷转移电阻降低3.8倍。

2. 性能优化：在pH=5时实现最佳协同效应，Cr(VI)还原与BPA降解速率常数分别为纯Bi₅
   O₇
   I的4.3倍和3.7倍。

3. 抗干扰能力：含10mg/L腐殖酸(HA)或100mM Cl^-
   /NO₃
   ^-
   时，体系活性仍保持85%以上，展现实际应用潜力。

4. 机制解析：碳膜作为电子阱捕获Bi₅
   O₇
   I导带电子，促使空穴(h⁺
   )富集于价带，形成Cr(VI)-e^-
   →Cr(III)与BPA-h⁺
   →CO₂
   的并行反应通道。

【结论与展望】
该研究开创性地构建了"一石二鸟"式污染治理新体系：碳膜如同"电子搬运工"加速Cr(VI)还原，同时释放的空穴化身"分子剪刀"高效切断BPA苯环。理论计算表明，碳膜与Bi₅
O₇
I界面形成的Schottky势垒(肖特基势垒)是抑制电子回窜的关键。这种"废物互治"策略不仅为复杂废水处理提供新材料，更启示了通过能带工程调控光生电荷流向的设计哲学。未来研究可进一步探索材料在流动式反应器中的规模化应用性能。