高效Z型MoS2 /BN纳米复合材料去除重金属离子与有机污染物的性能与机理研究

【编辑推荐】工业废水中的Cr(VI)和MB染料污染治理是环境领域难题。本研究通过水热法构建Z型MoS2 /BN异质结，实现可见光下Cr(VI)去除率98.6%（反应速率0.029 min-1 为纯MoS2 的14.5倍）和MB降解率98.5%，证实其通过增强载流子分离和·O2 - /·OH自由基作用机制，为混合污染治理提供新策略。

　　

随着工业快速发展，重金属和有机污染物对水环境的复合污染已成为全球性难题。铬(Cr)作为典型污染物，其六价态Cr(VI)具有强毒性和致癌性，而甲基蓝(MB)等染料因化学稳定性强难以降解。传统处理方法存在效率低、成本高、二次污染等问题，半导体光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点。然而，单一催化剂普遍存在可见光响应弱、电子-空穴(e^-
-h⁺
)复合快等瓶颈。

针对这一挑战，国立高雄科技大学等机构的研究人员创新性地设计了一种Z型MoS₂
/BN纳米复合材料。该研究通过简易水热法构建异质结结构，在300W氙灯下仅用60分钟即可去除98.6%的Cr(VI)，反应速率常数达0.029 min^-1
，是纯MoS₂
的14.5倍；对MB的降解率也达到98.5%。通过自由基捕获实验证实，Cr(VI)去除主要依赖超氧自由基(·O₂
^-
)，而MB降解则依靠羟基自由基(·OH)。这种独特的Z型电荷转移机制不仅大幅提升载流子分离效率，还保持了材料的高氧化还原能力。相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上，为混合污染治理提供了新思路。

关键技术方法包括：1) 水热法合成MoS₂
/BN异质结；2) UV-Vis光谱分析材料在450-800 nm的可见光吸收特性；3) 自由基捕获实验鉴定活性物种；4) 循环实验验证材料稳定性。

【材料制备】
采用Na₂
MoO₄
·2H₂
O和L-半胱氨酸为原料，通过水热法合成MoS₂
纳米片，与BN按不同比例复合获得系列样品。

【结果与讨论】
光吸收测试显示MoS₂
/BN-10%在可见光区具有最强吸收。性能最优样品在5次循环后仍保持90%以上活性，XPS分析证实Cr(VI)被还原为低毒的Cr(III)。能带结构分析揭示Z型机制：BN的导带电子与MoS₂
价带空穴复合，保留高能电子和空穴分别参与还原/氧化反应。

【结论】
该研究开创性地构建了具有Z型电荷转移路径的MoS₂
/BN异质结，其双重污染物协同去除能力、优异的稳定性和14.5倍于单体的反应效率，为工业废水处理提供了新型高效催化剂。材料中BN的"白色石墨烯"特性与MoS₂
的类铂催化性能协同增效，对推动环境纳米技术的发展具有重要意义。