氧空位富集与Z型异质结协同增效的新型Bi4O7/TiO2-x光催化剂用于废水中四环素高效降解

为解决废水中四环素（TC）污染难题，研究人员构建了具有富氧空位的Z型异质结Bi4O7/TiO2-x光催化体系。该体系通过氧空位（0.3676 a.u.）与异质结的协同作用，在可见光下60分钟实现92.2%的TC降解率，阐明了h+/•OH/O2•?主导的降解路径，为抗生素污染治理提供了新范式。

　　

随着抗生素在医疗和养殖业的广泛应用，四环素类污染物在废水中的累积已成为全球性环境问题。传统处理方法如芬顿法易产生铁泥、臭氧氧化成本高昂，而光催化技术因其高效环保特性备受关注。然而，单一催化剂存在载流子复合率高、可见光响应弱等瓶颈。四川工程职业技术学院高盐废水处理与资源化利用工程技术研究中心的研究团队通过创新设计氧空位工程与Z型异质结协同体系，在《Journal of Environmental Management》发表了突破性研究成果。

研究采用水热溶胶法制备Bi₄O₇/TiO_2-x复合催化剂，结合电子自旋共振（ESR）定量氧空位浓度，通过液相色谱-质谱（LC-MS）和密度泛函理论（DFT）解析降解路径，并利用毒性评估软件（TEST）评价中间产物生态风险。

物理和化学性质
SEM显示TiO_2-x纳米颗粒（~20 nm）均匀包覆于Bi₄O₇片层表面，XPS证实氧空位浓度达0.3676 a.u.，有效拓宽了光吸收范围至可见光区。

光学与电荷分离机制
PL光谱表明氧空位中间能级可捕获光生电子，使Bi₄O₇/TiO_2-x的电子-空穴复合率较单一组分降低67%。ESR证实Z型异质结形成，电子从TiO_2-x导带经氧空位能级定向转移至Bi₄O₇价带，显著提升•OH生成效率。

降解路径与毒性演化
LC-MS/DFT联合分析揭示TC依次经历脱甲基化、C-N键断裂和苯环开环三个阶段，TEST评估显示最终产物毒性降低89.3%。

该研究不仅阐明了氧空位调控Z型异质结的原子级机制，更为设计高效抗生素降解催化剂提供了新思路。通过Lili Ma团队开发的这种"缺陷工程-能带调控"协同策略，有望解决水环境中抗生素耐药基因扩散的潜在风险，推动绿色水处理技术的发展。