铜铋双金属纳米颗粒修饰Ti3 C2 MXene高效催化降解水中对乙酰氨基酚的研究

为解决水体中难降解药物污染物对乙酰氨基酚（ACT）的治理难题，研究人员创新性地开发了铜铋双金属纳米颗粒（CuBi）修饰的Ti3 C2 MXene复合光催化剂。通过湿化学还原法构建的CuBi/Ti3 C2 在可见光下实现99.7%的ACT降解率，其协同效应显著提升电荷分离效率并拓宽光响应范围，为低成本非贵金属催化剂设计提供新思路。

　　

随着全球医药消费增长，对乙酰氨基酚（ACT）作为最常检出的药物污染物已对水体生态构成威胁。传统光催化剂如TiO₂
存在可见光利用率低、电子-空穴复合率高等瓶颈，而贵金属修饰又面临成本过高问题。阿巴丹医科大学联合法罕吉安大学的研究团队另辟蹊径，首次将铜铋双金属纳米颗粒（CuBi）与二维Ti₃
C₂
MXene复合，开发出高效低成本的光催化系统，相关成果发表于《Environmental Research》。

研究采用湿化学还原法一步合成CuBi/Ti₃
C₂
复合材料，通过XRD、SEM-EDS、FT-IR等表征确认结构，结合电化学测试分析电荷分离机制。以10 mg/L ACT溶液为模型污染物，在180分钟可见光照射下评估降解效率，并通过自由基捕获实验阐明反应机理。

【催化剂特性】XRD分析显示HF蚀刻成功将Ti₃
AlC₂
MAX相转化为Ti₃
C₂
MXene，CuBi合金特征峰证实双金属纳米颗粒的形成。SEM显示MXene的层状结构为CuBi提供均匀分散位点，TEM观察到5-15 nm的CuBi颗粒紧密附着于MXene表面。

【光电性能】UV-Vis DRS表明CuBi修饰使复合材料吸收边红移至可见光区，带隙从2.1 eV降至1.7 eV。Mott-Schottky测试显示CuBi/MXene异质结形成Schottky势垒，PL光谱证实其光生电荷复合率较纯MXene降低62%。

【降解效能】CuBi/Ti₃
C₂
对ACT的降解动力学常数达0.021 min^-1
，是单一金属修饰样品的2.3-4.8倍。ESR检测到超氧自由基（•O₂
^-
）和空穴（h⁺
）为主要活性物种，提出CuBi的局域表面等离子体共振（LSPR）效应与MXene的高导电性协同促进电荷分离。

该研究创新性地将CuBi双金属的等离子体效应与MXene的二维特性结合，通过能带工程实现可见光驱动的高效催化。Cu的电子传输能力与Bi的6s²
孤对电子协同优化了界面电荷动力学，MXene的导电网络进一步抑制电荷复合。相较于传统贵金属催化剂，该体系在保持99.7%降解率的同时降低成本85%，为水体药物污染治理提供了可规模化应用的解决方案。研究还建立了双金属组分比例与催化活性的构效关系模型，为后续非贵金属催化剂设计提供理论指导。