基于声化学方法的Z型CoFe2O4/TiO2异质结合成，用于太阳光驱动的罗丹明B光催化降解

《ChemistrySelect》：Sonochemical Synthesis of a Z-Scheme CoFe2O4/TiO2 Heterojunction for Solar-Light-Driven Photocatalytic Degradation of Rhodamine B

　　

摘要

通过简单的声化学方法合成了CoFe₂O₄/TiO₂ p–n异质结复合材料，并利用热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDX）以及紫外-可见漫反射光谱（UV–Vis DRS）对其进行了表征。此外，还采用布鲁诺尔-埃米特-泰勒（BET）法和巴雷特-乔伊纳-哈伦达（BJH）法研究了其比表面积特性。通过紫外-可见分光光度计监测不同条件下的罗丹明B降解情况，评估了该材料的光催化活性。经过优化的CoFe₂O₄/TiO₂复合材料表现出优异的性能：在中性pH值、可见光照射下，无需添加外部氧化剂，300分钟内即可使10?mg.L^?1浓度的罗丹明B降解率超过99%。动力学分析表明，该反应遵循伪一级反应模型，表观速率常数（K_app）为0.0160?min^{? 1}，半衰期为43.32分钟，光生空穴和超氧自由基在降解过程中起关键作用。该催化剂在较宽的pH范围内仍能保持良好性能，这为其实际应用带来了优势。其优异活性的产生得益于CoFe₂O₄与TiO₂之间的有效结合，这种结合增强了可见光吸收能力，并通过Z型异质结结构促进了电荷分离。另外，该复合材料的磁性特性使其在处理后易于回收再利用。

图表摘要

通过多种分析技术成功合成了不同质量比的CoFe₂O₄/TiO₂复合材料并对其进行了表征。在所制备的样品中，CFO/TiO₂-0.5复合材料的光催化性能最为优异，在太阳光照射下300分钟内即可使10?mg L^?1浓度的罗丹明B降解率超过99%。其优异性能源于p型CoFe₂O₄与n型TiO₂之间形成的Z型异质结，该结构有助于实现高效的电荷分离与传输。自由基捕获实验表明，光生空穴和超氧自由基是参与降解过程的主要活性物质。此外，CFO/TiO₂-0.5光催化剂在较宽的pH范围内仍能保持良好性能，且具有易于磁回收和重复使用的特点，这凸显了其在实际废水处理中的应用潜力。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

数据可用性说明

本研究的相关数据可在合理请求下从通讯作者处获取。