可见光驱动全固态Z型FeOOH/GO/g-C3N4异质结高效活化过硫酸盐降解四环素的研究

本研究创新性地构建了全固态Z型FeOOH/GO/CNNS三元异质结，通过可见光驱动过硫酸盐（PDS）活化实现四环素（TC）的高效降解（40分钟降解率98.8%，k=0.0964 min?1）。该设计通过二维多孔CNNS和GO增加比表面积，窄带隙FeOOH提升可见光利用，GO作为界面桥形成Z型异质结加速载流子分离，协同产生•O2?/•OH/SO4•-/h+等活性物种，为基于PDS的光催化高级氧化（AOPs）提供了新策略。

　　

Highlight

本研究成功构建了全固态Z型（all-solid-state Z-scheme）FeOOH/GO/CNNS三元异质结，在可见光驱动过硫酸盐（PDS）活化降解四环素（TC）中展现出卓越性能。通过二维多孔CNNS和GO增加表面积与活性位点，窄带隙FeOOH提升可见光捕获能力，GO作为"电子高速公路"构建Z型电荷转移通道，使TC降解效率达98.8%（速率常数k=0.0964 min^?1），较二元体系提升2.58-8.53倍。

Results and discussion

电镜分析显示（图1b-e），CNNS呈现褶皱多孔纳米片结构，为FeOOH负载提供理想基底。XRD和XPS证实了FeOOH/GO/CNNS的成功合成（图2a-d）。紫外可见漫反射（图3a）表明GO引入使吸收边红移，带隙降至2.25 eV。光电化学测试（图3b-d）显示FeOOH/GO/CNNS具有最高光电流响应（38 μA/cm²）和最低阻抗，证实GO介导的Z型机制显著促进载流子分离。自由基捕获实验（图4e）揭示^•O₂^?、^•OH、SO₄^•-和h⁺协同作用机制，其中SO₄^•-贡献率达62.3%。

Conclusion

该工作通过界面工程构建了高效稳定的三元光催化体系，突破传统异质结的电荷转移瓶颈。GO作为电子媒介体兼具经济性与稳定性，其表面羰基（C=O）作为电荷转移枢纽，使Z型路径电子转移效率提升3.7倍。该设计为开发低成本、高活性的PDS基高级氧化技术提供了新范式。