基于椰枣籽活性炭负载Cs2 TiBr6 -ZnO的高效光催化环境解毒与可持续H2 O2 生产研究

本研究针对环境修复与绿色化学合成的双重需求，开发了一种新型Cs2 TiBr6 -ZnO/活性炭(CTBZ/AC)复合光催化剂。通过可见光驱动同步实现H2 O2 生成(870 μmol·L?1 )和抗生素多西环素(DOX)降解(>94%)，揭示了•OH/•O2 ? 主导的反应机制，为环境-能源协同治理提供了创新解决方案。

　　

在抗生素污染加剧与清洁能源需求迫切的背景下，光催化技术面临可见光利用率低、载流子复合率高、反应选择性差等瓶颈问题。传统方法难以同步实现污染物降解与高附加值化学品生产，而贵金属催化剂成本高昂限制了实际应用。为此，由King Khalid University和Princess Nourah bint Abdulrahman University的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，创新性地将无铅钙钛矿Cs₂
TiBr₆
(CTB)与ZnO耦合，并锚定于椰枣籽衍生活性炭(AC)载体，构建出高效双功能光催化体系CTBZ/AC。

研究采用超声辅助-煅烧法制备复合材料，通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)确认异质结构形成，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)证实可见光吸收拓展至650 nm。电化学阻抗谱(EIS)和光致发光谱(PL)显示AC载体使电荷转移电阻降低60%，荧光寿命延长3倍。

优化合成参数
通过响应面法确定最佳条件：AC占比15wt%、超声功率400W、煅烧温度350°C。此时CTB与ZnO形成II型能带排列，导带电位(-0.78V vs NHE)满足O₂
双电子还原生成H₂
O₂
的热力学要求。

性能与机制
在可见光下，CTBZ/AC的H₂
O₂
产率达870 μmol·L^?1
，DOX降解遵循准一级动力学(k=0.025 min^?1
)。电子顺磁共振(ESR)捕获到•OH和•O₂
^?
特征信号，淬灭实验证实二者贡献率分别为62%和38%。液相色谱-质谱(LC-MS)解析出DOX的N-脱甲基和羟基化降解路径，ECOSAR计算显示降解产物毒性降低82%。

稳定性验证
经过5次循环后性能保持90%以上，X射线光电子能谱(XPS)证实Br离子溶出量<0.5ppm，SEM显示复合材料形貌未发生明显变化。

该研究通过能带工程与载体调控的协同策略，首次实现Cs₂
TiBr₆
基材料在环境-能源联用领域的突破。AC的三重作用（吸附富集污染物、加速电荷传输、稳定活性组分）为设计多功能光催化剂提供了新思路。研究成果对发展绿色水处理技术与太阳能燃料生产具有重要启示，相关技术已申请沙特阿拉伯专利。