阳光驱动Bi2 O2 (OH)(NO3 )-AgBr异质结光催化剂高效降解罗丹明B染料及大肠杆菌消毒机制研究

本研究通过水热-化学沉淀两步法合成具有松针状和花状形貌的BiON-AgBr异质结光催化剂，解决了传统光催化剂对太阳光谱利用率低的问题。实验表明该材料在自然光下60分钟内可降解97%的RhB染料，并实现E. coli的完全灭活，其Z-机制(Z-scheme)和表面等离子体共振(SPR)效应协同提升了光生载流子分离效率，为环境修复提供了新型高效光催化材料。

　　

随着工业废水中有机染料和病原微生物污染日益严重，开发高效太阳能驱动环境修复技术成为研究热点。传统光催化剂存在可见光响应弱、载流子复合率高等瓶颈，而铋基材料因其独特的层状结构和压电特性备受关注。

针对上述问题，研究人员通过溶剂极性调控策略，采用水热法制备了具有松针状(BiON.W)和花状(BiON.M)形貌的Bi₂
O₂
(OH)(NO₃
)基材，随后通过化学沉淀构建BiON-AgBr异质结。研究采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)进行表征，通过紫外-可见漫反射光谱(DRS-UV)测定光学性质，并设置自由基捕获实验探究反应机制。

3.1 化学结构
XRD证实BiON与AgBr成功复合，Raman光谱在70 cm^-1
出现AgBr特征峰。3.2 形貌与化学状态
SEM显示BiON.M呈现独特花状结构，TEM证实0.19 nm AgBr颗粒均匀分散，元素映射验证了Bi、Ag、Br的共存。XPS分析显示Bi³⁺
4f_7/2
(158.95 eV)和Ag⁺
3d_5/2
(367.99 eV)的特征峰。3.3 光学性质
BiON-AgBr.M带隙降至2.62 eV，可见光吸收显著增强。

3.2 RhB光催化降解
花状BiON.M降解速率(8.5×10^-3
min^-1
)优于松针状BiON.W。捕获实验表明•O₂
^-
是主要活性物种，添加苯醌(BQ)时效率下降至77%。3.3 抗菌活性
所有样品在30分钟内完全灭活10⁶
CFU/mL的E. coli，XRD证实使用后出现Ag⁰
特征峰。

该研究创新性地提出Ag/AgBr/BiON三元Z-机制：Ag⁰
作为电子介质促进载流子分离，其SPR效应增强可见光捕获。这种协同作用使材料在环境净化领域展现出双重优势——既实现染料分子的高效矿化，又具备广谱抗菌性能。论文发表于《OpenNano》，为设计太阳光响应型环境功能材料提供了新思路。