新型光催化镁基胶凝材料的制备、自清洁性能及机理研究

针对传统光催化水泥材料可见光利用率低、机械性能不足等问题，研究人员通过高温煅烧和微波辅助溶剂热法合成g-C3N4/BiOCl0.5I0.5(BiO-CN2)复合材料，并创新性地将其引入氯氧镁水泥(MOC)体系。结果表明，4% BiOCN/MOC复合材料的抗压强度提升20.99%，且通过P5相(5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O)结晶度增强与吸附-化学协同效应显著提升RhB降解效率，为开发高性能绿色建材提供新思路。

　　

随着工业化和城市化进程加速，环境污染物治理面临严峻挑战。传统光催化水泥材料虽能降解污染物，但普遍存在可见光响应差、机械性能与耐久性难以兼顾等问题。更棘手的是，普通硅酸盐水泥(OPC)生产过程中高能耗、高碳排放的特性，与绿色建筑理念背道而驰。在此背景下，青海省某研究团队另辟蹊径，选择具有快凝早强、多孔特性的氯氧镁水泥(MOC)作为基质，通过创新材料设计开发出兼具优异机械性能和自清洁功能的新型复合材料，相关成果发表于《Sustainable Materials and Technologies》。

研究团队采用两步法构建高效光催化体系：首先通过高温煅烧三聚氰胺制备石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，随后利用微波辅助溶剂热法将其与卤氧化铋(BiOCl_0.5I_0.5)复合，显著缩短反应时间至分钟级。通过调控乙二醇作为还原剂和软模板，成功优化材料氧空位和形貌。最终采用内掺法将最佳配比的g-C₃N₄/BiOCl_0.5I_0.5(BiO-CN2)引入MOC体系，系统评估不同催化剂类型和掺量对材料性能的影响。

自清洁性能
对比商业TiO₂和单一BiOCl_0.5I_0.5，BiO-CN2/MOC对罗丹明B(RhB)的降解效率显著提升。可见光照射下，4%掺量的BiOCN/MOC表现出最优异的自清洁性能，这归因于g-C₃N₄与BiOCl_0.5I_0.5形成的双Z型异质结有效促进载流子分离，同时P5相(5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O)的吸附作用产生协同效应。

机械性能增强
与传统认知不同，光催化剂的加入不仅未削弱材料强度，反而使4% BiOCN/MOC的抗压强度提升20.99%。微观表征揭示BiO-CN2可作为成核位点促进MOC水化，并通过提高P5相结晶度优化材料微观结构。这种"强度-功能协同提升"效应突破了传统光催化建材的性能瓶颈。

机理创新
研究首次提出MOC体系中的吸附-光催化协同机制：P5相的层状结构提供染料吸附位点，而BiO-CN2的Z型异质结确保强氧化还原能力保持。这种独特设计既解决单纯光催化效率低的问题，又避免吸附饱和导致的活性下降。

该研究通过精准调控材料界面效应和晶体结构，成功实现MOC基复合材料的功能-性能一体化设计。相比传统TiO₂/OPC体系，新型BiOCN/MOC在可见光利用率、机械强度和可持续性方面展现出明显优势，为发展"碳中和"背景下的智能建筑材料提供重要参考。特别值得注意的是，微波辅助合成与MOC快凝特性的结合，为工业化生产高效光催化建材开辟了绿色工艺路径。未来通过优化卤素比例和界面工程，有望进一步拓展材料在空气净化、抗菌涂层等领域的应用前景。