Bi4Ti3O12催化剂协同摩擦催化与光催化效应增强二元染料降解机制研究

针对工业染料污染治理难题，印度理工学院曼迪分校团队通过固相合成法制备Bi4Ti3O12(BTO)催化剂，系统研究其摩擦催化(tribocatalysis)与光催化(photocatalysis)协同作用。实验表明：600 rpm机械搅拌12小时可使亚甲基蓝(MB)降解率达62%，耦合紫外光后提升至91%，对罗丹明B(RhB)和MB+RhB二元体系同样展现优异降解性能(84-94%)，为复杂废水处理提供新策略。

　　

随着工业废水排放加剧，有机染料污染已成为全球性环境挑战。传统处理方法面临效率低、能耗高等瓶颈，而新兴的摩擦催化技术通过机械能诱导电荷分离产生活性氧物种(ROS)，为污染治理提供绿色路径。然而，单一摩擦催化存在湿度敏感性高、降解周期长等缺陷。印度理工学院曼迪分校的Ashis Kumar Moharana团队创新性地将摩擦催化与光催化耦合，利用Bi₄Ti₃O₁₂(BTO)的多元催化特性，在《Inorganic Chemistry Communications》发表了突破性研究成果。

研究采用固相合成法制备BTO催化剂，通过XRD、Raman、XPS和FE-SEM进行结构表征，系统考察了搅拌速度(600 rpm)、催化剂剂量、染料浓度(5-10 ppm)和接触面积(8 cm²)等参数对MB/RhB降解的影响，并创新性地引入紫外光源构建光-摩擦协同催化体系。

【Synthesis】
BTO通过Bi₂O₃和TiO₂固相反应合成，经研磨和煅烧获得纯相。

【Characterisation of BTO】
XRD证实材料为正交晶系(A b a 2空间群)，Raman光谱显示位于528 cm^-1的Ti-O键特征峰，XPS验证了Bi³⁺和Ti⁴⁺的化学态，FE-SEM显示微米级颗粒形貌。

【Conclusions】
研究发现：1) 单独摩擦催化12小时对MB降解率为62%，而光-摩擦协同体系提升至91%；2) RhB在协同体系中降解率达83%；3) 对MB+RhB二元体系，MB和RhB降解率分别达94%和84%；4) 降低染料浓度至5 ppm时，70%降解率仍可保持；5) 接触面积缩减至8 cm²时效率骤降至43%。

该研究首次揭示BTO在摩擦-光协同催化中的双重作用机制：(Bi₂O₂)²⁺层通过摩擦产生电荷，而[TiO₆]八面体在光照下形成电子-空穴对，二者协同促进ROS生成。这一发现不仅拓展了Aurivillius相材料的应用边界，更为工业废水处理提供了可规模化的解决方案，其"机械能+光能"双驱动模式对开发新型环境催化剂具有重要指导意义。