异质结BiOBr/TiO2复合光催化剂高效降解盐酸土霉素：可见光驱动的抗生素废水处理新策略

针对抗生素废水处理难题，中国研究人员通过构建Type II异质结BiOBr/TiO2复合光催化剂，实现了可见光下盐酸土霉素（OTC）94.38%的高效降解（60 min），速率常数达0.04757 min?1，较单一组分提升2-14倍。该研究通过HRTEM/XPS证实界面电荷分离机制，揭示h+和•O2?为主导活性物种，为环境友好型抗生素降解技术开发提供新思路。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。盐酸土霉素（OTC）作为养殖业常用抗生素，70%以上以原形排入水体，不仅诱发耐药基因传播，更威胁生态系统平衡。传统处理方法如物理吸附仅转移污染物，生物降解效率低下，而化学氧化易产生二次污染。光催化技术虽具潜力，但常用TiO₂因宽禁带（3.2 eV）仅响应紫外光，且载流子复合率高；BiOBr虽能吸收可见光（Eg=2.8 eV），但电子-空穴对快速复合制约其应用。如何构建兼具宽光谱响应与高效电荷分离的光催化剂，成为突破抗生素降解技术瓶颈的关键。

针对这一难题，中国西华师范大学的研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，创新性地通过室温复合法制备了Type II异质结BiOBr/TiO₂系列催化剂。通过调控TiO₂含量（100 mg最优），BiOBr/TiO₂-2在可见光下60分钟内实现OTC降解率94.38%，速率常数（0.04757 min^?1）分别是纯BiOBr和TiO₂的2倍和14倍。研究采用HRTEM观察到BiOBr(110)晶面（0.28 nm）与TiO₂（0.35 nm）的紧密界面，XPS/DRS证实能带协同调控促进电荷分离。自由基捕获实验结合电子顺磁共振（EPR）证明空穴（h⁺）和超氧自由基（•O₂^?）起主导作用，HPLC-MS解析了降解路径并证实毒性逐步降低。该材料经4次循环仍保持90%以上活性，展现出工程应用潜力。

关键技术方法包括：1) 溶剂热-煅烧法制备TiO₂；2) 室温沉淀法构建BiOBr/TiO₂异质结；3) SEM/TEM/XRD/XPS多尺度表征；4) 可见光催化降解实验（300 W氙灯，λ>420 nm）；5) EPR和自由基捕获鉴定活性物种；6) HPLC-MS分析降解中间体。

【材料表征】SEM显示BiOBr/TiO₂-2中TiO₂片层与BiOBr纳米片交错生长，EDS证实元素均匀分布。HRTEM双晶格条纹和XPS结合能位移证实异质结形成，DRS显示吸收边红移，带隙降至2.58 eV。

【性能优化】TiO₂含量为100 mg时（BiOBr/TiO₂-2）性能最优，其表观量子效率是BiOBr/TiO₂-1（50 mg TiO₂）的1.8倍。PL光谱表明异质结使荧光强度降低76%，证实电荷分离增强。

【机制解析】EPR检测到•O₂^?特征信号（g=2.004），加入h⁺捕获剂EDTA-2Na时降解率下降61%，表明其为主要活性物种。Mott-Schottky测试得出能带结构，证实Type II机制使电子向TiO₂传导、空穴向BiOBr迁移。

【应用评估】实际水体测试显示，河水基质中OTC降解率仍达82.4%。TOC去除率68.9%表明部分矿化，ECOSAR预测中间体毒性指数从0.82降至0.17。

该研究通过精准调控异质结界面，首次实现BiOBr/TiO₂在可见光下对OTC的高效降解，为解决抗生素污染提供了兼具高效性、稳定性和低成本的新型解决方案。其意义在于：1) 阐明Type II异质结促进电荷分离的分子机制；2) 建立降解路径与毒性演化关联模型；3) 为设计太阳光驱动环境催化剂提供普适性策略。成果对推动绿色水处理技术发展具有重要科学价值与应用前景。