FeOx 修饰三维花状硫掺杂BiOBr构建界面内建电场增强光芬顿催化性能及其在废水处理中的应用

针对光催化材料活性位点暴露不足和光生载流子复合率高的问题，研究人员通过溶剂热-浸渍法构建了FeOx 修饰的三维花状硫掺杂BiOBr（S:BiOBr）复合材料。该材料通过界面内建电场显著抑制电荷复合，并利用Fe2+ /Fe3+ 循环实现宽pH范围（3-9）高效降解，20分钟内对RhB降解率达99.5%，且对多种有机污染物降解率超85%，为实际废水处理提供了高效稳定的解决方案。

　　

随着工业快速发展，印染、酚类和抗生素废水对生态环境造成严重威胁。传统吸附和混凝技术仅能分离污染物，而高级氧化技术如光催化可在常温下实现污染物彻底矿化。然而，典型光催化剂BiOBr面临活性位点暴露不足和光生电子-空穴对复合率高的瓶颈。针对这一挑战，山东某研究团队通过溶剂热结合硫掺杂构建三维花状结构，并引入FeO_x
纳米颗粒形成界面内建电场，开发出新型FeO_x
/S:BiOBr复合催化剂，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用溶剂热法合成硫掺杂BiOBr前驱体，通过浸渍法负载FeO_x
纳米颗粒，结合XPS（X射线光电子能谱）、KPFM（开尔文探针力显微镜）和PL（光致发光光谱）等技术表征材料特性，并利用ESR（电子自旋共振）和LC-MS（液相色谱-质谱联用）解析反应机制。

【Morphology and structure】
XRD显示硫掺杂使BiOBr的(001)晶面间距扩大（图S2），SEM证实三维花状结构使比表面积达73.92 m²
·g^-1
（图1）。XPS证实Fe²⁺
/Fe³⁺
氧化还原对的存在，KPFM测得界面电势差0.12 eV，证实内建电场形成。

【催化性能】
在pH=7、H₂
O₂
浓度10 mM条件下，20分钟内对RhB降解率达99.5%，较纯BiOBr提升3.2倍（图3）。循环5次后活性保持94.7%，且对四环素、苯酚等降解率均超85%。ICP-MS显示铁浸出量仅0.28 mg/L，表明优异稳定性。

【机制分析】
ESR检测到·O₂
^-
、h⁺
和·OH为主要活性物种（图5）。LC-MS揭示RhB通过脱乙基和开环路径逐步矿化（图S9）。密度泛函理论计算表明硫掺杂降低带隙至2.58 eV，增强可见光响应。

该研究通过结构设计-组分调控-界面工程的协同策略，实现了三个突破：（1）三维花状结构提供高比表面积和传质通道；（2）硫掺杂与FeO_x
修饰协同优化能带结构；（3）界面内建电场驱动电荷定向分离。其创新的pH普适性光芬顿体系为复杂水质处理提供了新思路，具有重要的工程应用价值。