生物质碳点/WO3-x复合物通过Z型电荷转移路径与双反应中心协同增强H2O2活化效能及其在水体净化中的应用

针对传统芬顿体系铁离子二次污染及WO3-x催化剂电子传递效率低的问题，研究人员开发了基于柚子皮生物质碳点(BCDs)修饰的WO3-x复合材料(BW)，通过Z型电荷转移路径和双反应中心设计，实现H2O2高效活化与污染物降解。该体系对RhB的降解速率常数k达传统体系的25.9倍，并证实降解产物生态毒性低，为无金属芬顿催化剂设计提供新思路。

　　

随着工业废水中有机污染物（如染料、抗生素等）对生态环境和人类健康的威胁日益加剧，开发高效水处理技术成为当务之急。传统芬顿反应虽能有效降解污染物，但存在铁离子超标排放、催化剂稳定性差等瓶颈。近期发表在《Bioresource Technology》的研究中，中国研究人员创新性地利用柚子皮衍生的生物质碳量子点(BCDs)与缺氧型三氧化钨(WO_3-x)复合，构建出无金属光芬顿体系(PFLS)，为解决上述难题提供了新方案。

研究团队采用微波辅助溶剂热法合成BCDs/WO_3-x(BW)复合材料，通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等技术表征材料结构，结合密度泛函理论(DFT)计算分析反应机制，并利用绿豆发芽实验评估生态安全性。

材料结构与反应机制
BW-10复合材料展现出花状形貌和单斜晶系W₁₈O₄₉结构。表征证实BCDs成功锚定在WO_3-x表面，形成具有氧空位(OVs)的异质界面。理论计算揭示该界面存在内置电场，驱动Z型电荷转移路径：光生电子从WO_3-x快速迁移至BCDs，而BCDs的双反应中心与WO_3-x的OVs共同构成电子"通道-储库"系统，加速W⁶⁺/W⁵⁺氧化还原循环。

H₂O₂活化性能
吉布斯自由能计算表明，BW体系更易生成单线态氧(¹O₂)(ΔG=1.90 eV)，而非羟基自由基(?OH)(ΔG=4.10 eV)。实验证实¹O₂和超氧自由基(?O₂^?)是主要活性氧物种(ROS)，其对RhB的降解速率常数k达传统芬顿体系的25.9倍。在混合污染物体系中，BW-10对四环素(TC-HCl)和RhB的协同去除率分别达83.2%和98.6%。

实际应用与生态安全
BW-10在复杂水体基质中表现出优异的抗干扰能力和循环稳定性。绿豆生长实验证实降解产物无明显生物毒性，满足环境友好型催化剂的设计要求。

该研究通过精准调控BCDs与WO_3-x的界面电子结构，首次阐明Z型电荷转移与双反应中心的协同机制，不仅为设计高效无金属芬顿催化剂提供理论依据，更实现了农业废弃物（柚子皮）的高值化利用。这种"以废治污"的策略对发展可持续环境修复技术具有重要指导意义。