铜掺杂BiVO4/BiOI S型异质结的构建及其在抗生素降解与藻类灭活中的协同机制与应用

本研究针对水体中难降解抗生素（如CIP）和藻类污染的治理难题，通过构建Cu掺杂BiVO4/BiOI S型异质结，实现了85.1%的CIP降解率和69.4%的藻类灭活率。该材料通过Cu2+诱导氧空位和S型电荷转移路径，显著提升?O2-和h+的生成效率，并在多种水体中保持70%以上的CIP去除率，为复合污染治理提供了创新解决方案。

　　

随着抗生素的广泛使用，环丙沙星（Ciprofloxacin, CIP）等药物在水体中的残留已成为严峻的环境问题。这类物质化学稳定性高、难降解，不仅会诱导耐药菌的产生，还会对水生生态系统造成长期毒性。与此同时，富营养化水体中的藻类爆发（如微囊藻Microcystis aeruginosa）进一步加剧了治理难度。传统水处理技术对这类复合污染束手无策，而单一光催化材料又面临可见光利用率低、电荷复合率高等瓶颈。

针对这一挑战，苏州科技大学的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表了一项突破性研究。他们创新性地将铜掺杂技术与S型异质结设计相结合，开发出Cu-BiVO₄/BiOI复合光催化剂。通过精确调控Cu²⁺在BiVO₄晶格中的掺杂，成功构建了具有氧空位和内置电场的多功能材料体系。

研究采用水热合成法制备材料，结合X射线衍射（XRD）和电子顺磁共振（EPR）表征晶体结构与氧空位浓度，通过密度泛函理论（DFT）计算能带结构，并利用液相色谱-质谱联用（LC-MS）解析降解路径。藻类灭活实验采用叶绿素a含量测定和活性氧（ROS）检测评估效果。

主要研究结果

1. 材料设计与表征：Cu²⁺掺杂使BiVO₄的可见光吸收边红移58 nm，氧空位浓度提升3.2倍，EPR信号强度达原始样品的215%。
2. 光催化性能：在可见光下90分钟内实现85.1%的CIP降解，矿化率超60%。LC-MS鉴定出9种中间产物，DFT计算的福井指数显示CIP的哌嗪环为最易受攻击位点。
3. 环境应用：在含Ca²⁺、HCO₃^-的模拟富营养化水体中，同时实现97.7%的CIP去除和69.4%的藻类灭活，且循环使用5次后活性仅下降7.3%。

结论与意义
该研究通过原子尺度的Cu²⁺掺杂和宏观尺度的异质结设计，首次实现了抗生素降解与藻类灭活的协同治理。DFT计算揭示的S型电荷转移机制（保留BiVO₄的h⁺和BiOI的e^-）为多组分光催化剂开发提供了新思路。实际水体测试中表现出的抗离子干扰能力，使其在湖泊、污水处理厂尾水等复杂环境具有广阔应用前景。这项工作为"双碳"目标下的水环境修复技术发展提供了重要参考。