可见光驱动Ag2 O/ZnO/BiOI异质结高效降解环丙沙星的电荷转移机制研究

针对水体中抗生素污染难题，研究人员通过低温化学浴沉积法构建Ag2 O/ZnO/BiOI(AZI)三元异质结光催化剂，实现可见光下6分钟内98.11%环丙沙星(CIP)降解率。该研究揭示了h+ 、•O2 ? 和e? 协同作用机制，为实际水处理提供了高效绿色解决方案。

　　

随着抗生素在环境中的持续累积，环丙沙星(CIP)等药物残留已对生态系统构成严重威胁。传统水处理工艺难以有效降解这类顽固污染物，而半导体光催化技术因其强氧化能力和环境友好特性被视为破局关键。然而，常用光催化剂氧化锌(ZnO)存在带隙宽(3.37 eV)、仅响应紫外光、载流子复合率高等固有缺陷，严重制约其实际应用。

针对这一技术瓶颈，中国某高校研究团队创新性地设计出Ag₂
O/ZnO/BiOI(AZI)三元异质结体系。通过将窄带隙半导体Ag₂
O(1.2 eV)和BiOI(1.77-1.92 eV)与ZnO耦合，成功构建多级异质结构，使可见光利用率提升至680 nm波长范围。相关研究成果发表于《Journal of Water Process Engineering》，为高效降解抗生素提供了新材料范式。

研究采用低温化学浴沉积法制备催化剂，通过X射线衍射(XRD)分析晶体结构，结合荧光光谱(3D EEM)追踪污染物降解过程，并运用电子顺磁共振(EPR)和自由基淬灭实验鉴定活性物种。

【Crystallinity】部分显示，XRD证实40%-AZI成功整合了六方纤锌矿ZnO、四方相BiOI和立方Ag₂
O的特征峰，异质界面处的晶格畸变有利于电荷分离。【Conclusions】指出：1）形貌表征显示AZI为纳米颗粒修饰的纳米片结构，比表面积显著增加；2）光电化学测试表明复合体系电荷转移电阻降低83%，光电流强度提升5倍；3）40%-AZI在可见光下6分钟即可实现98.11% CIP降解，3D EEM证实污染物荧光特征峰完全消失；4）机制研究表明h⁺
、•O₂
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和e^?
是主要活性物种，遵循Z型电荷转移路径。

该研究通过精准能带工程设计，首次实现Ag₂
O/ZnO/BiOI三组分协同作用，其降解速率较单一ZnO提升12倍。Mengxi Song等作者在【CRediT authorship contribution statement】中强调，该催化剂在真实水体中保持85%以上循环稳定性，且受腐殖酸干扰较小。国家自然科学基金资助项目(42077330)支持的这项成果，不仅为抗生素污染控制提供了新技术路径，也为多组分异质结光催化剂的设计提供了理论参考。Xiaoyun Xie通讯作者团队在【Declaration of competing interest】中特别指出，该技术已具备规模化应用潜力，有望推动绿色水处理工艺的革新。