Bi2 O2 CO3 /BiOCl Z型异质结光催化降解普萘洛尔：高效载流子分离与降解机制研究

针对单相铋基半导体光生载流子复合率高的问题，四川轻化工大学团队通过一锅法构建了Bi2 O2 CO3 /BiOCl Z型异质结。该复合材料在Bi3+ /CO3 2? /Cl? 摩尔比为1:6:2时，20分钟内实现90.4%的普萘洛尔（PRO）降解率，证实超氧自由基为主导活性物种。研究为PPCPs污染治理提供了新型高效催化剂设计策略。

　　

背景与挑战
随着药品和个人护理品（PPCPs）的大量使用，水体中残留的β受体阻滞剂普萘洛尔（PRO）引发严重生态风险。这种含萘环结构的药物难以被传统污水处理工艺降解，甚至在纳克级浓度即可干扰水生生物繁殖。尽管高级氧化工艺（AOPs）能有效处理此类污染物，但依赖额外氧化剂的特性导致成本高昂。光催化技术因其绿色经济的特点成为研究热点，然而单相Bi₂
O₂
CO₃
（BOC）存在载流子复合快的致命缺陷。

研究创新
四川轻化工大学李瑞珍团队创新性地将BOC与BiOCl（BCO）构建二维/二维Z型异质结。通过能带匹配的半导体耦合，不仅拓展了光吸收范围，更通过独特的载流子迁移路径保留了强氧化性空穴和强还原性电子，实现了PRO的高效降解。

关键技术
研究采用室温一锅法合成复合材料，通过X射线衍射（XRD）和电子显微镜确认异质结结构，结合光致发光（PL）和光电化学（PEC）测试分析载流子行为。以PRO为模型污染物，通过淬灭实验鉴定活性物种，最终提出Z型机制。

研究结果

材料表征
XRD显示复合材料同时具备BOC（JCPDS 73-2060）和BCO（JCPDS 41-1488）的特征峰。电镜证实了BOC纳米片与BCO纳米层的交替堆叠结构，形成紧密的2D/2D界面接触。

性能优化
在Bi³⁺
/CO₃
^2?
/Cl^?
=1:6:2时达到最佳催化效率，PRO降解率较单一组分提升2.3倍。动力学分析显示反应符合准一级动力学模型。

机制解析
淬灭实验表明：超氧自由基（·O₂
^?
）贡献率达78.6%，而空穴（h⁺
）和羟基自由基（·OH）作用较弱。PL光谱显示复合材料荧光强度降低85%，证实载流子分离效率提升。

结论与意义
该研究成功构建了直接Z型迁移路径的Bi₂
O₂
CO₃
/BiOCl异质结，通过界面工程将载流子寿命延长3倍。不仅为PPCPs治理提供了新型催化剂设计范式，其室温合成策略更具工业化应用潜力。发表于《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》的成果，为绿色水处理技术的发展奠定了重要理论基础。