氧富集Bi24O31Br10-Bi3O4Br共催化剂修饰蜂窝状CeO2的双Z型光催化体系构建及其对诺氟沙星的高效降解

针对水体抗生素污染治理难题，研究人员通过微波燃烧-超声水热联用技术构建了Bi24O31Br10-Bi3O4Br-CeO2(1:3)双Z型纳米光催化剂。该材料具有14.4 nm平均孔径和25.7 m2/g比表面积，在180分钟太阳光照射下实现93.8%诺氟沙星降解率，为可持续水处理提供新方案。

　　

随着医药产业的快速发展，抗生素在水环境中的残留已成为全球性环境问题。诺氟沙星(NOR)等氟喹诺酮类抗生素在常规水处理中难以有效降解，不仅导致微生物耐药性增强，还可能通过食物链危害人体健康。传统物理化学处理方法存在成本高、易产生二次污染等缺陷，而生物降解效率又受环境条件制约。在此背景下，利用太阳光驱动的半导体光催化技术因其绿色、高效的特点，被视为解决这一难题的潜在方案。

沙希德·马达里大学（Sahand University of Technology）与伊朗国家科学基金会合作团队在《Journal of Environmental Sciences》发表研究，创新性地将具有独特蜂窝状结构的CeO₂与富氧型Bi₂₄O₃₁Br₁₀-Bi₃O₄Br复合，开发出具有双Z型(Double Z-scheme)电荷转移机制的新型光催化剂。研究采用微波燃烧辅助超声水热法，通过精确调控组分比例(1:3、1:1、3:1)，成功构建了多级孔道结构，显著提升了太阳光利用率和载流子分离效率。

关键技术包括：1)微波燃烧法制备蜂窝状CeO₂基底；2)超声辅助水热合成Bi₂₄O₃₁Br₁₀-Bi₃O₄Br异质结；3)DRS紫外可见漫反射光谱测定403.1/470.1 nm双吸收边；4)TEM表征证实纳米颗粒均匀分散；5)自由基捕获实验验证降解机制。

【XRD分析】显示复合材料成功保留Bi₂₄O₃₁Br₁₀(单斜晶系)和Bi₃O₄Br(正交晶系)的特征峰，CeO₂的(111)晶面衍射峰表明良好结晶性。

【光催化性能】最优组Bi₂₄O₃₁Br₁₀-Bi₃O₄Br-CeO₂(1:3)在模拟太阳光下展现93.8%NOR去除率，较单一组分提升2.1倍，归因于Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环与Bi-O-Br内建电场的协同效应。

【机理推测】自由基捕获实验表明·O₂^-和h⁺是主要活性物种，证实双Z型机制：光生电子从Bi₃O₄Br的导带(CB)转移至CeO₂的价带(VB)，同时Bi₂₄O₃₁Br₁₀的空穴参与氧化反应，实现电子-空穴对的高效分离。

该研究通过精准调控异质结界面和孔结构，解决了传统光催化剂可见光响应范围窄、载流子复合率高的关键问题。所开发的催化剂在连续5次循环后仍保持85%以上活性，其14.4 nm的平均孔径和蜂窝状结构为污染物扩散提供了理想通道。这项工作不仅为抗生素废水处理提供了新材料，也为设计高效Z型光催化体系提供了理论指导，对推动绿色水处理技术发展具有重要意义。