花状TP-BiOI直接Z型异质结高效可见光催化降解环境污染物研究

【编辑推荐】针对水体中Cr(VI)和RhB污染治理难题，研究人员通过构建花状TP-BiOI直接Z型异质结（direct Z-scheme heterojunction），实现了可见光下Cr(VI)还原速率达2.3207 min-1（较单一材料提升4倍以上）及RhB 99%降解率。该研究为环境污染物去除提供了绿色高效的催化材料设计策略。

　　

随着工业废水排放加剧，重金属Cr(VI)和染料罗丹明B（RhB）对水体的污染已成为严峻的环境挑战。Cr(VI)具有强毒性和生物累积性，而RhB作为典型难降解有机污染物，传统处理方法效率低下。光催化技术虽具备绿色环保优势，但现有催化剂普遍存在可见光利用率低、光生电荷复合快等瓶颈。尤其对于需要同时保留强氧化还原能力的反应体系，常规异质结结构往往难以兼顾效率与反应活性。

针对这一难题，获得国家自然科学基金支持的研究团队创新性地将三(4-氨基苯基)胺基聚酰亚胺（TP）与碘氧化铋（BiOI）复合，通过简易的一锅法室温搅拌技术，成功构建了具有花状形貌的直接Z型异质结TP-BiOI。这种特殊结构既避免了传统Z型体系对电子介体的依赖，又通过界面电场实现了电荷的高效分离。研究显示，最优配比TP-BiOI(45%)在可见光下不仅将Cr(VI)还原速率提升至2.3207 min^-1，更在600 nm长波长光下仍保持显著活性，突破了多数光催化剂对短波长的依赖。

研究团队主要采用熔融聚合法制备TP前驱体，结合X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）确认异质结形貌，通过紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）和电化学测试揭示能带结构演变。光电化学测试与自由基捕获实验证实了Z型电荷转移机制，而液相色谱-质谱联用（LC-MS）则解析了RhB的降解路径。

【研究结果】

1. 材料表征：扫描电镜显示TP-BiOI呈现独特的花状纳米片组装结构，比表面积较单一组分提升2倍以上，XPS证实界面存在Bi-O-C键合作用。
2. 光催化性能：在pH=2条件下，TP-BiOI(45%)对10 mg/L Cr(VI)的120分钟去除率达90%，对RhB的降解表观速率常数是纯TP的9.9倍。
3. 机理研究：莫特-肖特基测试显示TP与BiOI间形成内建电场，电子顺磁共振（EPR）检测到超氧自由基（•O₂^-）为主要活性物种。

【结论与意义】该研究不仅证实直接Z型异质结在保留材料本征氧化还原能力方面的优势，更通过形貌调控实现了活性位点数量的倍增。所开发的室温合成方法为环境友好型催化剂的规模化制备提供了新思路，相关成果发表于《Molecular Catalysis》，对复杂水体污染物协同治理具有重要指导价值。特别值得注意的是，材料在长波长光的持续活性使其具备实际太阳能利用潜力，为发展"双碳"目标下的绿色水处理技术提供了新范式。