新型Sr2Ni(BO3)2正交硼酸盐高效光催化降解染料的机制与应用研究

为解决工业染料污染治理难题，研究人员通过固相反应合成新型Sr2Ni(BO3)2正交硼酸盐光催化剂。该材料具有单斜晶系结构和纳米针状形貌，双带隙（3.92 eV间接/4.51 eV直接）实现高效UV吸收，对结晶紫（CV）和亚甲蓝（MB）的降解率分别达99%（150分钟）和96%（5小时）。动力学分析揭示其以化学吸附为主导的两步降解机制，为废水处理提供新型高效解决方案。

　　

纺织工业排放的合成染料对水体生态构成严峻挑战，每年全球排放量高达70万吨。传统处理方法如活性炭吸附仅实现污染物相转移，而高级氧化技术中的半导体光催化虽能矿化染料为CO₂和H₂O，但常用TiO₂等材料存在带隙宽、电荷复合快等缺陷。金属硼酸盐因其非线性光学特性和(B_nO_m)基团结构多样性成为研究热点，其中Sr²⁺的大离子半径（1.18 ?）更可优化电荷分离效率。

研究人员通过固相反应法合成Sr₂Ni(BO₃)₂，采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征其单斜晶系（空间群C2/m）和纳米针状形貌，通过紫外-可见光谱测定其双带隙特性。以结晶紫（CV）和亚甲蓝（MB）为模型污染物，在UV照射下评估光催化性能，结合Langmuir-Hinshelwood模型和准二级动力学分析降解机制。

X射线衍射
XRD证实材料为单斜晶系（a=10.109 ?, b=5.432 ?, c=6.094 ?, β=116.700°），与Sr₂Co(BO₃)₂同构。纳米针状形貌提供高比表面积，增强表面反应活性。

光学特性
材料呈现3.92 eV间接带隙和4.51 eV直接带隙，拓宽UV吸收范围。这种双带隙特性源于Ni²⁺的d电子跃迁与(BO₃)^3-基团的电荷转移协同作用。

光催化性能
CV降解呈现快速吸附（0-30分钟）和慢速降解（30-150分钟）两阶段动力学，符合伪二级模型（R²>0.99）；MB降解则遵循单相线性动力学。0.2 g催化剂可使CV在150分钟内降解99%，而MB需0.4 g催化剂在5小时达96%降解率，表明材料对三苯甲烷类染料（CV）更具选择性。

该研究证实Sr₂Ni(BO₃)₂通过化学吸附主导的界面反应实现染料高效降解，其结构稳定性与无毒性副产物特性克服了传统光催化剂的缺陷。研究成果发表于《Polyhedron》，为开发新型硼酸盐基环境功能材料提供理论依据，推动太阳能驱动废水处理技术的发展。