微波辅助构建S型BiOBr/UiO-66 (Zr)异质结光催化剂高效降解水体有机污染物：性能与机制研究

研究人员针对BiOBr光吸收效率低、电子-空穴(e?-h+)易复合等问题，通过微波法构建S型BiOBr/UiO-66 (Zr)异质结。该复合材料在可见光下30分钟降解诺氟沙星(NOR)效率达91.92%，较纯BiOBr提升35%，并通过自由基捕获实验揭示h+和•O2?为关键活性物种，为MOFs基光催化剂设计提供新思路。

　　

随着工业发展，水体有机污染问题日益严峻，传统处理方法难以高效降解抗生素类污染物。其中，诺氟沙星(NOR)等氟喹诺酮类抗生素因结构稳定难以被生物降解，而亚甲基蓝(MB)作为典型染料污染物对水生生态系统具有潜在毒性。光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点，但单一半导体材料如BiOBr存在可见光利用率低、光生载流子快速复合等瓶颈。金属有机框架材料(MOFs)因其可调控的孔隙结构和光电性质成为理想解决方案，其中UiO-66 (Zr)凭借出色的化学稳定性和光响应特性备受关注。

为解决上述问题，陕西科技大学的研究团队创新性地采用微波辅助法构建了S型异质结BiOBr/UiO-66 (Zr)光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)等表征证实，UiO-66 (Zr)多面体颗粒与BiOBr纳米片成功复合。在可见光照射下，20%复合比例的样品对NOR的降解率在30分钟内达到91.92%，较纯BiOBr提升35%；对MB的降解率在100分钟时达90.12%。自由基捕获实验结合电子顺磁共振(ESR)分析表明，h⁺和•O₂^?是降解过程中的主要活性物种。该研究通过构建S型电荷转移路径有效抑制了e^?-h⁺复合，为开发高效MOFs基光催化剂提供了新策略，成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

关键技术方法包括：1) 微波辅助合成BiOBr/UiO-66 (Zr)异质结；2) 通过X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析材料化学状态；3) 光电化学测试评估载流子分离效率；4) 自由基捕获实验结合ESR鉴定活性物种。

Results and Discussion部分显示：XRD证实复合材料同时具备BiOBr和UiO-66 (Zr)的特征峰；SEM显示UiO-66 (Zr)多面体紧密附着于BiOBr纳米片；UV-Vis显示复合材料可见光吸收边红移；PL光谱表明复合后荧光强度降低，证明载流子分离效率提升；电化学阻抗谱(EIS)显示复合材料电荷转移阻力显著降低。

Conclusions指出：微波法构建的BiOBr/UiO-66 (Zr)通过形成S型异质结促进电荷分离，h⁺和•O₂^?主导的降解机制使NOR降解效率提升35%。该研究不仅为BiOBr改性提供新思路，也为MOFs在环境修复中的应用拓展了方向。

研究的重要意义在于：1) 开发出可规模化生产的微波合成工艺；2) 阐明S型异质结增强光催化活性的机制；3) 为处理难降解有机污染物提供高效解决方案。团队特别感谢国家自然科学基金(21978232, 22072114)和陕西省重点研发计划(2020KW-070)的资助支持。