氧空位调控Z型FeCo2 O4 /缺陷BiOBr-Ag等离子体催化剂的三通道电子转移机制：实现光/暗双模式全天候环境修复

针对工业废水处理中传统方法效率低、能耗高的问题，研究人员通过缺陷工程、Z型异质结和Ag表面等离子体协同策略，开发了具有氧空位(OVs)的三元催化剂(Ag@FeCo2 O4 /D-BiOBr)。该材料通过创新性"三通道"电子转移机制，实现了光/暗双模式降解（光芬顿98.5%/暗ORR 89.5%），在pH 3.0-9.0范围内保持高效，为复杂工业废水处理提供了全天候解决方案。

　　

随着全球贸易活动加剧，合成染料工业废水已成为环境治理的顽疾。这类废水具有成分复杂、毒性高、难生物降解等特点，传统处理方法如吸附、电催化等存在能耗高、设备复杂等局限。虽然光催化技术通过产生活性氧物种(ROS)驱动高级氧化过程(AOP)展现出潜力，但普遍存在光能利用率低、反应位点不足等问题，且严重依赖光照条件。更棘手的是，实际工业废水常呈现强酸/碱性或存在光照不足场景，亟需开发具有环境自适应能力的全天候催化剂。

针对这一系列挑战，中国某研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，通过整合缺陷工程、Z型异质结和银表面等离子体共振(LSPR)效应，设计出新型三元催化剂Ag@FeCo₂
O₄
/D-BiOBr(AFB)。该材料创新性地构建了"三通道"电子转移机制，首次实现了光芬顿与氧还原反应(ORR)的双模式协同降解，突破了传统光催化剂的光照依赖瓶颈。

研究采用水热合成-同步退火-共催化剂沉积的阶梯式制备策略。通过金属离子(Fe/Co)掺杂诱导产生氧空位(OVs)，利用密度泛函理论(DFT)计算证实双原子掺杂可降低H₂
O₂
活化能。表征技术包括X射线光电子能谱(XPS)验证OVs存在，电子顺磁共振(EPR)检测自由基物种，电化学阻抗谱(EIS)分析电荷迁移效率。实际工业废水样本来自江苏淮安某印刷企业的废墨水。

材料合成与表征
分子动力学模拟显示Fe-O-Co异金属簇的均匀分布，前沿轨道分析表明其窄带隙特性。同步退火过程成功在BiOBr晶格中引入OVs，XPS证实Fe³⁺
/Co²⁺
的异价循环促进了电子转移。

三通道电子转移机制
第一通道：Z型异质结保留高氧化还原能力电子/空穴对；第二通道：OVs作为电子陷阱抑制复合；第三通道：Ag NPs通过LSPR效应产生热电子注入。这种协同作用使电子迁移率提升3.2倍。

光/暗双模式降解性能
光照下(pH=3.0)，AFB通过光芬顿反应40分钟降解98.5%污染物；黑暗环境中，Ag催化ORR产生·O₂
^-
实现89.5%降解率。值得注意的是，在pH 3.0-9.0范围均保持>85%效率。

环境稳定性
经过5次循环仍保持90%以上活性，机械强度测试表明其能耐受水力冲击等复杂环境应力。

该研究通过多策略协同设计，创造了兼具高效性、环境适应性和全天候操作能力的智能催化剂。其创新点在于：1) 通过原子级掺杂调控电子结构，2) 首创三通道电荷分离体系，3) 整合光/暗双降解路径。这不仅为工业废水处理提供了新范式，其模块化设计思路也可拓展至其他环境催化领域。特别值得关注的是，研究中采用的废墨水真实样本测试，充分验证了材料在实际应用场景中的潜力，为复杂工业废水的绿色治理开辟了新途径。