分层结构的0D/3D BaTiO?/MgIn?S?压电光催化剂，用于增强可见光/超声波条件下诺氟沙星的矿化效果

《Applied Surface Science Advances》：Hierarchical 0D/3D BaTiO 3/MgIn 2S 4 S-Scheme Piezo-Photocatalyst for Enhanced Visible-Light/Ultrasound Mineralization of Norfloxacin

　　

摘要

通过一步溶剂热法制备了层状结构的BaTiO₃/MgIn₂S₄（BTO/MIS）异质结构，将BaTiO₃的强压电性能与MgIn₂S₄的可见光响应性能结合起来。X射线衍射、电子显微镜和XPS分析证实了BTO与MIS纳米层之间具有紧密的界面接触，形成了n-n型的硫族化合物（S-scheme）结，这种结构促进了内部能带的弯曲并产生了有利于电荷迁移的内在电场。在70瓦的模拟太阳光照射以及20千瓦、20赫兹的低功率超声作用下，优化后的2.0-BTO/MIS复合材料在90分钟内分解了95%的氟喹诺酮类抗生素诺氟沙星（浓度为10毫克/升），这一分解速率比单独使用光催化或压电催化快一个数量级，显示出6.9%和89.6%的协同效应。电化学阻抗和光致发光分析表明，该材料的电荷转移阻力显著降低，电子-空穴复合现象也被抑制；瞬态压电电流测量显示机械能有效转化为活性电荷载流子。在酸性溶液（最佳pH值约为3）中，降解效果最为显著，此时带正电的抗生素分子会强烈吸附在负极性表面上。自由基清除实验表明，价带空穴（valence-band holes）和•OH自由基是主要的氧化剂，这与S-scheme机制相符。综上所述，将压电材料BaTiO₃与可见光响应材料MgIn₂S₄集成在S-scheme结构中，可以制备出一种高效的压电光催化剂，能够同时利用太阳光和低频机械能，快速去除水中的持久性药物污染物。

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Tshepo T. Mohlala|Tunde L. Yusuf|Mike Masukume|Vincent Ojijo|Nonhlangabezo Mabuba