双Z型BiOBr/Bi-MOF/AgFeO2异质结光催化活化过一硫酸盐高效降解左氧氟沙星的研究

针对抗生素污染治理难题，研究人员构建了新型双Z型BiOBr/Bi-MOF/AgFeO2(BBA)异质结，通过活化过一硫酸盐(PMS)实现左氧氟沙星(LFX)的高效降解。该体系在180分钟内降解率高达95.9%，其独特的电荷转移机制显著提升了光生载流子分离效率，为环境修复提供了创新策略。

　　

抗生素污染已成为威胁生态环境和人类健康的重大挑战。左氧氟沙星(LFX)作为第三代氟喹诺酮类抗生素，因其代谢不完全性在水环境中持续累积，不仅破坏水生生态系统平衡，更可能诱导耐药菌的产生。传统水处理技术存在效率低、成本高、易产生二次污染等缺陷，亟需开发新型降解技术。基于过一硫酸盐(PMS)活化的高级氧化工艺(PMS-AOPs)因其能产生高活性硫酸根自由基(·SO₄^-)而备受关注，但如何设计高效稳定的光催化剂仍是技术瓶颈。

为解决这一难题，中国某高校研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，通过水热法构建了双Z型BiOBr/Bi-MOF/AgFeO₂(BBA)异质结光催化剂。该研究采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段分析材料特性，结合电子顺磁共振(ESR)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术探究反应机制。通过密度泛函理论(DFT)计算验证电荷分布，并利用ECOSAR软件评估中间产物毒性。

材料与形貌分析
通过微波-水热-回流三步法成功制备BBA复合材料。SEM显示BiOBr呈2μm球形结构，Bi-MOF在其表面形成多孔包覆层，AgFeO₂纳米颗粒均匀分散构成三元异质结。

光催化性能
在pH=9、PMS浓度2mmol·L^-1条件下，BBA-PMS体系对20mg·L^-1 LFX的降解效率达95.9%，分别是单组分BiOBr、Bi-MOF和AgFeO₂的1.69倍、3.38倍和7.45倍。

作用机制
ESR证实·O₂^-和h⁺为主要活性物种。双Z型机制有效延长载流子寿命（达单组分的3.2倍），比表面积(89.7m²·g^-1)提供丰富活性位点。

降解路径
LC-MS鉴定出8种中间体，ECOSAR显示最终产物毒性降低96.3%。DFT计算显示BiOBr(001)晶面与AgFeO₂(012)晶面间存在0.38eV电势差，驱动电子定向转移。

该研究创新性地通过双Z型异质结设计解决了BiOBr可见光吸收差、载流子复合快的缺陷。BBA-PMS体系不仅为抗生素降解提供了新思路，其"材料-机制-评估"一体化研究模式更为环境催化领域树立了范式。值得注意的是，该工作首次将Bi-MOF作为电子介质整合入Z型体系，其独特的孔道结构既促进PMS吸附又加速传质过程，这种多组分协同策略为后续研究开辟了新方向。