钼/硫共掺杂BiOCl硫氧氯化物高效多污染物还原：异价态Mo4+/Mo6+与氧空位缺陷的协同机制

为解决有机染料、酚类化合物及重金属离子污染问题，研究人员通过肼驱动合成Mo/S共掺杂BiOCl硫氧氯化物催化剂（Mo/S–BiOCl）。该材料在黑暗条件下展现卓越还原性能，归因于异价态Mo4+/Mo6+促进电子转移及氧空位（Vo）缺陷增强吸附与反应活性，6分钟内可完全降解20 ppm亚甲基蓝（MB），为多污染物协同治理提供新策略。

　　

随着纺织、造纸等行业快速发展，有机染料和重金属污染已成为全球性环境难题。传统处理方法如吸附和光催化技术存在效率低、依赖光照等局限，尤其无法应对黑暗环境（如管道系统）中的污染治理。更棘手的是，Cr(VI)和4-硝基苯酚（4-NP）等污染物具有强生物毒性，其浓度远超世界卫生组织标准（0.05 mg/L和0.002 mg/L）。针对这一挑战，福建农林大学的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表研究，通过肼（N₂H₄）调控开发出新型Mo/S共掺杂BiOCl硫氧氯化物催化剂（Mo/S–BiOCl），在无需光照条件下实现多污染物高效协同还原。

研究采用水解法制备催化剂，结合X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和电子顺磁共振（EPR）等技术表征材料结构，并通过动力学实验评估其对亚甲基蓝（MB）、罗丹明B（RhB）、Cr(VI)等污染物的还原效率。

结构分析显示，Mo/S–BiOCl保持BiOCl的四方晶系结构（PDF #73–2060），但硫掺杂导致晶格膨胀（001晶面间距从0.735 nm增至0.742 nm）。XPS证实Mo⁴⁺/Mo⁶⁺异价态共存（结合能229.1 eV和232.3 eV），EPR检测到g=2.003的强信号，表明氧空位（Vo）缺陷浓度显著提升。

性能测试表明，优化后的Mo/S–BiOCl-3在黑暗条件下6分钟即可完全降解20 ppm MB，对50 ppm Cr(VI)和20 ppm 4-NP的还原时间分别为14分钟和14分钟。混合污染物废水可在18分钟内完全处理，其一级动力学常数（k）达0.462 min^-1，是纯BiOCl的11.6倍。

机制研究揭示，Vo缺陷作为电子捕获中心促进污染物吸附，而异价态Mo⁴⁺/Mo⁶⁺通过价态转换（Mo⁶⁺ + e^- → Mo⁴⁺）加速电子传递。硫的引入通过S 3p与O 2p轨道杂化稳定能带结构，使催化剂循环5次后效率仍保持92.3%。

该研究创新性地将异价态调控与缺陷工程结合，突破了传统催化剂对光照的依赖，为复杂环境污染物治理提供了普适性解决方案。其高效、低能耗的特点在工业废水处理、土壤修复等领域具有广阔应用前景，相关技术路线还可拓展至其他过渡金属催化剂设计。