BaO-CeO2/TiO2三元纳米复合材料的制备及其高效光催化降解靛蓝胭脂红与罗丹明B的研究

本研究针对纺织和农业废水中有机染料（如靛蓝胭脂红IC和罗丹明B RhB）的污染问题，通过合成BaO-CeO2/TiO2（BCT）三元纳米复合材料，显著提升了可见光吸收效率（带隙从3.32 eV降至2.43 eV）和比表面积（达92.98 m2/g），实现了IC（95.76%）和RhB（95.70%）的高效降解，且循环稳定性优异（四次循环后降解率仍超93%），为环境修复提供了新型高效催化剂。

　　

随着纺织和农业工业化进程加速，靛蓝胭脂红（IC）、罗丹明B（RhB）等有机染料废水对生态环境和人类健康构成严峻威胁。这类污染物不仅导致水体富营养化，还可能引发先天性缺陷、免疫系统紊乱等疾病。尽管物理、化学和生物处理技术不断发展，但其效率与可持续性仍面临挑战。在此背景下，半导体光催化技术因其绿色、高效的特点成为研究热点，其中二氧化钛（TiO₂）因无毒、稳定且成本低廉被广泛使用，但其宽禁带宽度（3.2 eV）和快速电子-空穴复合率严重制约了实际应用。

针对这一难题，班加罗尔大学（Bangalore University）能源与环境研究实验室的G Krishnamurthy团队创新性地设计出BaO-CeO₂/TiO₂（BCT）三元纳米复合材料。通过燃烧-回流联合法制备的催化剂，将TiO₂的带隙从3.32 eV显著降低至2.43 eV，比表面积提升至92.98 m²/g，并产生丰富的氧空位。该研究发表于《Sustainable Chemistry One World》，为解决有机染料污染提供了突破性方案。

研究人员采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光谱（UV-Vis）和扫描电镜/能谱（SEM/EDAX）对材料进行表征，结合光致发光（PL）和BET比表面积分析揭示其结构优势。光催化实验采用150 W宽光谱光源（400-800 nm），通过液相色谱-质谱（LC-MS）追踪降解中间体，并利用动力学模型评估反应机制。

材料表征结果
XRD显示BCT成功保留了TiO₂的锐钛矿相（2θ=25.15°），CeO₂的引入抑制了锐钛矿-金红石相变。UV-Vis证实BaO-CeO₂的掺杂使吸收边红移，可见光利用率显著提升。BET分析表明三元复合材料的孔径和比表面积（92.98 m²/g）均优于单一组分。

光催化性能
在pH=9（IC）和pH=7（RhB）条件下，BCT对两种染料的降解率均超过95%，且四次循环后效率仅下降1-2%。动力学分析显示反应符合一级模型，BCT的速率常数（K_f.o=34.38×10^-3）远超CeO₂/TiO₂（18.23×10^-3）。LC-MS检测到苯胺、酞酸等中间产物，证实染料分子被逐步矿化。

作用机制
Ba²⁺的大离子半径增强了电子捕获能力，CeO₂的p型半导体特性促进电荷分离，二者协同作用使氧空位浓度提升，加速了·O₂^-自由基的生成。碱性环境更利于染料分子在催化剂表面的吸附和羟基自由基（·OH）攻击。

该研究不仅证实BCT复合材料在可见光下的卓越稳定性（循环损耗<2%），更通过能带工程和表界面调控策略，为设计高效环境催化剂提供了新思路。其成果可延伸至制药废水、农药残留等领域，对实现联合国可持续发展目标（SDGs）中"清洁饮水和卫生设施"具有重要实践意义。