利用过氧单硫酸盐活化的Nb2C/g-C3N5纳米异质结构增强四环素的光催化降解

《ChemPhysChem》：Enhanced Photocatalytic Tetracycline Degradation Using Nb2C/g-C3N5 Nanoheterostructures Activated by Peroxymonosulfate

本研究通过静电自组装法制备Nb?C MXene/g-C?N?杂化材料，在可见光下对四环素（TC）降解效率达90.2%。研究表明Schottky异质结有效抑制电子-空穴复合，增强单线态氧（1O?）和超氧自由基（·O??）生成，协同提升光催化性能，并证实共存离子对降解效率的影响顺序为NO??>H?PO??>Cl?>SO?2?。

　　

摘要

污染物的降解是应对紧迫能源和环境挑战的关键方法。尽管异质结催化剂具有可设计的电子转移路径，这有利于废水处理，但同时保持高降解活性和良好的可回收性仍然是一个主要挑战。在本研究中，通过静电自组装方法合成了Nb₂C MXene/石墨化碳氮化物（g-C₃N₅）异质结纳米复合材料。利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜进行的形态学研究表明，MXene的层状纳米结构得到了保留，而g-C₃N₅纳米颗粒则聚集形成了纳米片。在可见光下，系统在不同条件下对降解效率进行了仔细测试，这些条件包括Nb₂C与g-C₃N₅的七种不同质量比、共存离子、初始浓度、pH值、催化剂剂量以及过氧化单硫酸盐（PMS）浓度。结果表明，四环素（TC）的去除效率达到了90.2%，并且共存离子的影响顺序为：NO₃^? > H₂PO₄^? > Cl^? > SO₄^2?。基于电子顺磁共振（EPR）光谱和自由基捕获研究，确定单线态氧（¹O₂）和超氧阴离子（·O₂^?）是主要的反应物种。Nb₂C/g-C₃N₅构建的肖特基异质结有效地阻止了光催化反应中的电子和空穴复合。本研究的结果为开发高效的PMS激活光催化系统奠定了基础，对废水净化具有重大潜力。

图形摘要

Nb₂C/g-C₃N₅肖特基异质结在宽pH范围内实现了90.2%的四环素降解效率，通过协同积累载流子并增强¹O₂的生成，保持了稳定的¹O₂产生，从而确保了高效的光催化作用，并产生了低毒性的降解中间体，对环境的风险最小。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

部分或全部支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。