Fe/Br共掺杂钼酸铋协同增强光催化固氮性能的创新研究

本研究创新性地合成了一种柱状/片状锰钴双金属磷酸氢盐-二氧化铈复合材料(MnCo(HPO4)@CeO2)，通过激活亚硫酸钙(CaSO3)产生1O2、SO4•?和O2•?等活性氧物种(ROS)，30分钟内实现氯喹磷酸盐(CQP)95.14%的高效降解。研究揭示了CeO2负载促进Co(Ⅲ)/Co(Ⅱ)与Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅳ)氧化还原循环的协同机制，为基于亚硫酸盐的高级氧化工艺(AOPs)提供了新型催化剂设计思路。

　　

本研究通过水热-共沉淀法成功制备了Mn_0.25Co_0.75(HPO₄)@CeO₂^0.3复合材料。结构表征显示，与单纯锰钴磷酸氢盐相比，该复合材料具有更大的比表面积和更均匀的介孔结构，有利于活性位点充分暴露和反应物质传质。

催化剂筛选实验表明，当Mn/Co摩尔比为0.25:0.75时，材料展现出最优的CaSO₃活化性能。在最佳条件下（催化剂用量0.2 g/L，CaSO₃浓度0.5 mM，pH=7.0），30分钟内对20 mg/L的CQP降解率高达95.14%。

淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)分析证实，单线态氧(¹O₂)、硫酸根自由基(SO₄^•?)和超氧自由基(O₂^•?)是降解过程中的主要活性物种。CeO₂的引入显著促进了催化剂表面Co(Ⅲ)/Co(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅳ)的协同氧化还原循环，从而持续产生ROS。

结合实验和密度泛函理论(DFT)计算，系统阐明了CQP通过三条路径转化为低毒/无毒中间体，最终矿化为无机小分子的过程。即使经过四次循环，催化剂对CQP的去除率仍保持在89%以上，展现出优异的稳定性。

该工作不仅为有机污染物的高效降解提供了新型催化剂设计范式，同时为基于亚硫酸盐的AOPs体系在实际废水处理中的应用提供了理论支撑和实践指导。