铁掺杂氮缺陷管状氮化碳协同光催化-自芬顿降解四环素的高效机制研究

针对抗生素污染治理难题，研究人员通过构建铁掺杂氮缺陷管状氮化碳（xFe-NV /TCN）光催化-自芬顿体系，实现84%的四环素（TC）降解率，较体相氮化碳（Bulk CN）提升8倍。该研究通过空心管状结构促进H2 O2 原位生成，Fe掺杂加速Fe(III)/Fe(II)循环，为抗生素废水处理提供新策略。

　　

抗生素污染已成为全球环境治理的焦点问题，其中四环素（TC）因其难降解性和生态毒性备受关注。传统芬顿技术依赖外源H₂
O₂
且产生铁泥污染，而光催化-自芬顿系统通过耦合光催化产H₂
O₂
与芬顿反应，展现出显著优势。然而，现有g-C₃
N₄
基催化剂存在载流子分离效率低、Fe(II)再生缓慢等瓶颈。针对这一挑战，中国某研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过设计铁掺杂氮缺陷管状氮化碳（xFe-N_V
/TCN），实现了TC的高效降解。

研究采用两步热聚合法合成xFe-N_V
/TCN，结合同步光照XPS（SI-XPS）揭示电子转移路径，通过电化学测试和电子顺磁共振（EPR）验证活性氧生成机制。

Synthesis and structural characterization of xFe-N_V
/TCN
通过SEM/TEM证实空心管状结构比Bulk CN增加比表面积5.3倍，XPS显示Fe-N配位键形成，氮缺陷浓度提升2.1倍，促进载流子分离效率达78%。

Photocatalytic self-Fenton performance
50Fe-N_V
/TCN在60分钟内降解TC效率达84%，EPR检测到•OH信号强度增强3.8倍，SI-XPS证实光生电子从C/N向Fe转移，Fe(II)再生速率提升4.2倍。

结论
该研究通过结构调控与缺陷工程协同策略，突破传统芬顿技术局限：1）空心管状结构加速氧吸附与H₂
O₂
生成；2）Fe掺杂构建Fe-N活性中心，实现电子定向迁移；3）氮缺陷促进Fe(III)/Fe(II)循环，使•OH产率提升至0.28 mmol•g^-1
•h^-1
。研究成果为抗生素污染治理提供新材料设计范式，推动光催化-自芬顿技术的实际应用。