第一作者：程雪莹
通讯作者：尚庆坤 孙英楠
DOI:10.1016/j.cej.2021.134021
❶获得了具有优异光催化活性的Z-Scheme异质结TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P。
❷ 在20分钟内，氟磺胺草醚几乎可被完全光催化降解和矿化。
❸ TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P的特殊结构有利于光生载流子的传输和分离。
❹ 研究了TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P光降解氟磺胺草醚的活性基团和机理。
2021年12月，Chemical Engineering Journal 杂志在线发表了东北师范大学尚庆坤教授团队在光催化领域的最新研究成果。该工作构建了一种具有独特Z型异质结构的光催化剂TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P，实现了对除草剂氟磺胺草醚的高效光催化降解与矿化，并详细研究了其降解产物及降解路径，并评估了降解反应前后的环境毒性。论文第一作者为：程雪莹，论文共同通讯作者为：尚庆坤 教授；孙英楠 博士。
氟磺胺草醚是一种适用于大豆和花生田的多种阔叶杂草的有效除草剂，近年来得到广泛应用，但其半衰期长，在作物周期结束后仍可存在于地表水中进而对多种作物造成危害。人们试图采用多种手段分解残留的氟磺胺草醚，但都具有成本高、效率低的问题。因此，开发一种高效降解氟磺胺草醚的方法具有十分重要的意义。
光催化技术是一种高效的氧化还原技术，近年来已广泛应用于光催化降解环境中的有机废水、光催化水分解产生氢气、光催化固氮产生氨和CO2还原等领域。TiO2是一种性能优良的光催化剂，以其价格低廉、化学性质稳定、无毒无害而被广泛使用。其中TiO2(B)因具有独特的各向异性晶体结构，有利于光催化反应中光生电子和空穴的迁移并延长光生载流子的寿命，在光催化领域具有巨大应用潜力，但其依然存在光谱响应范围较窄的问题。通过调控具有优异吸光性的BiOI与具有特殊分层结构的BiOCl的比例，制备出BiOClxI1-x固溶体，并将该固溶体与TiO2(B)构建出Z型异质结，既有效拓展了TiO2(B)的光吸收范围，又加快了光生载流子的传输和分离效率，最终实现了氟磺氨草醚的高效光催化效降解与矿化。
TiO2(B)和BiOCl0.7I0.3分别呈现纤维状和花状形态。TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3呈棒状，棒的表面布满花簇，但在TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P表面的花大部分变成层状，这是PVP的作用。TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P的TEM和HRTEM可以观察到晶面间距为0.375 nm的晶格条纹对应于TiO2(B)的(111)晶面，0.268 nm处的晶格条纹代表BiOCl0.7I0.3的(110)晶面，这证实了TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P异质结光催化剂的成功合成。TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P的EDS光谱和Mapping证实样品同时含有五种元素：I、O、Cl、Bi和Ti。
催化活性评估
光照20 min后，99.97%的氟磺胺草醚被TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P降解，其对氟磺胺草醚的降解动力学常数分别是TiO2(B)和BiOCl0.7I0.3的3.3倍和2.3倍，5次循环后光催化降解效率仍可达到93%。TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P具有最高的TOC去除率和最小的ΔTOC%增加量，这意味着其可以有效地分解氟磺胺草醚而不是吸附。发光细菌的存活率实验用来评价光催化降解后的环境毒性，结果表明，光催化降解后氟磺胺草醚的环境毒性显著降低。
当太阳光照射到催化剂表面时，TiO2(B)和BiOCl0.7I0.3 VB中的电子同时被激发到CB，在VB中留下空穴。激发到TiO2(B) CB的电子可以转移到BiOCl0.7I0.3 的VB与位于此处的空穴复合，这确保了电子可以被激发到BiOCl0.7I0.3的CB产生超氧自由基。TiO2(B) VB上的空穴可以直接氧化分解氟磺胺草醚，也可以与吸附在表面的水分子反应生成羟基自由基，分解氟磺胺草醚。同时，BiOCl0.7I0.3 CB上的电子可以将吸附的氧转化为超氧自由基，进一步分解氟磺胺草醚。
本文利用具有独特相结构的TiO2(B)和BiOCl-BiOI固溶体在PVP的辅助下成功构建了TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P Z型异质结光催化剂。详细分析了TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P光催化降解氟磺胺草醚的机理。Z型异质结可以有效促进光生载流子的分离，延长其在光催化反应中的寿命。TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P Z型异质结光催化剂不仅可以在20 min内几乎完全降解氟磺胺草醚，而且可以高效降解苯酚和对乙酰氨基酚，表明其对多种污染物具有普遍适用性。光催化降解后，氟磺胺草醚的母体结构基本被破坏，环境毒性显著降低。这种高效稳定的Z型异质结光催化剂有望进一步应用于环保和污水处理领域。
尚庆坤，东北师范大学教授，博士生导师。2015年入选吉林省第五批拔尖创新人才第三层次人选。主要从事高效可见光响应的光催化剂的设计及应用研究、荧光碳量子点的可控制备及应用研究，在Applied Catalysis B：Environmental、Chemical Engineering Journal, Journal of Catalysis, Science of the total environment, Talanta等国际知名期刊上发表SCI论文50余篇。主持国家自然科学基金面上项目和吉林省科技厅、环保厅、人社厅等多个项目的研究，获中国授权发明专利3项，获吉林省自然科学二等奖一次（第一获奖人）。吉林省化学会第十一届理事会理事。
Xueying Cheng, Renquan Guan, Yunning Chen et. al. The unique TiO2(B)/BiOCl0.7I0.3-P Z-scheme heterojunction effectively degrades and mineralizes the herbicide fomesafen. Chemical Engineering Journal 2022, 431, 134021.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134021
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