硫掺杂g-C3 N4 /BiOCl0.6 Br0.4 异质结协同增强亚甲基蓝光催化降解机制研究

为解决工业废水中亚甲基蓝（MB）污染难题，研究人员通过原位化学法构建硫掺杂石墨相氮化碳（S-g-C3 N4 ）与卤素调控BiOCl0.6 Br0.4 的II型异质结复合材料。该材料在可见光下实现98.8%的MB降解率，循环4次后仍保持81.6%活性，为环境污染物治理提供新型高效催化剂。

　　

随着工业化进程加速，合成染料如亚甲基蓝（MB）对水生态系统的污染日益严重。这种阳离子染料虽广泛应用于纺织、造纸行业，但具有致癌风险，传统处理方法如吸附、膜分离等存在二次污染或成本高昂的缺陷。光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点，但核心挑战在于开发兼具可见光响应和高电荷分离效率的催化剂。石墨相氮化碳（g-C₃
N₄
）虽具有理想能带结构，却受限于载流子快速复合；铋基卤氧化物（BiOX）虽具独特层状结构，但其可见光吸收范围有限。

佳木斯大学的研究团队创新性地将硫掺杂g-C₃
N₄
与卤素比例精确调控的BiOCl_0.6
Br_0.4
复合，通过原位化学法构建II型异质结。研究发现，该复合材料通过能带工程实现了可见光吸收范围拓宽与光生电荷高效分离的协同效应，在100分钟内对MB的降解率高达98.8%，且在不同pH和盐溶液中均表现出卓越稳定性。相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》，为环境污染物治理提供了新材料设计范式。

研究采用X射线衍射（XRD）验证晶体结构，通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）分析光吸收特性，结合电化学阻抗谱（EIS）和光致发光光谱（PL）揭示电荷转移机制。降解实验采用300W氙灯模拟太阳光，通过高效液相色谱（HPLC）监测MB浓度变化，并利用电子顺磁共振（EPR）检测活性氧物种。

材料表征
XRD证实BiOCl_0.6
Br_0.4
成功保留(101)、(110)晶面特征峰（2θ=25.9°、32.7°），硫掺杂使g-C₃
N₄
层间距扩大至0.326 nm。比表面积分析显示复合材料具有介孔结构（孔径~15.7 nm），为反应提供更多活性位点。

光学性能
UV-Vis显示S-g-C₃
N₄
将吸收边红移至475 nm，BiOCl_0.6
Br_0.4
带隙降至2.78 eV。PL光谱表明异质结使荧光强度降低82%，证实载流子分离效率提升。

降解机制
EPR检测到超氧自由基（•O₂
^-
）和空穴（h⁺
）为主要活性物种。能带分析揭示II型异质结使电子富集于BiOCl_0.6
Br_0.4
的导带（-0.34 eV），空穴聚集于S-g-C₃
N₄
价带（+1.56 eV），这种空间分离抑制了电荷复合。

该研究通过能带调控和界面工程策略，实现了光催化剂的性能突破。复合材料在复杂水质环境中的稳定性表现，为其工业化应用奠定基础。研究不仅深化了对II型异质结作用机制的理解，更为设计高效环境修复材料提供了新思路——通过精确控制卤素比例和杂原子掺杂协同优化催化剂性能。未来可进一步探索该材料在抗生素降解等领域的拓展应用。