S型异质结Al₆Si₂O（13）/BiOBr通过增强电荷转移效应实现高效稳定光催化降解三唑磷和敌敌畏农药

摘要

随着人们对农药污染的日益关注，尤其是在食品、谷物和肉类产品领域，寻找高效且稳定的光催化剂用于污染物降解成为一个重要研究方向。本研究成功合成了一种新型S型异质结光催化剂Al₆Si₂O₁₃/BiOBr（ASO/BO）纳米复合材料，旨在增强电荷转移并提高对常见农业污染物三唑磷（TAP）和敌敌畏（DDVP）的光催化降解效率。性能评估表明，60-ASO/BO纳米复合材料（ASO负载比为60%）表现出卓越的降解效率，在100 min内将农药（TAP）浓度从100%降至28.0%，且在四次循环（400 min）后仍保持94.7%的初始活性。相比之下，单相ASO和BO的降解效率显著降低，分别仅为56.6%和58.8%。对于DDVP，该复合材料也展现出优异的光催化降解活性，在100 min内将其浓度从100%降至32.3%，远优于ASO（100%至67.8%）和BO（100%至47.9%）。这一卓越性能归因于S-scheme异质结结构所带来的增强电荷转移效应。通过飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）、吸附能理论计算、差分电荷密度分析、开尔文探针力显微镜（KPFM）和原位X射线光电子能谱（XPS）进一步验证了电荷转移路径和机制。研究结果显示，S型电荷转移效应对于提升光催化性能至关重要。总体而言，ASO/BO的S型异质结为持久高效的光催化降解环境污染物提供了可靠途径，在农业、食品安全以及谷物和肉类产品保鲜领域具有广阔的应用前景。

关键词

光催化剂 / S型异质结 / 纳米复合材料 / 污染物 / 电荷转移

基金资助

国家自然科学基金(42407636); 安徽省高校优秀科研创新团队(2024AH010007); 安徽科技学院科技创新团队项目(2023KJCXTD003); 安徽省高校自然科学研究项目(2022AH040068和2023AH051861); 安徽省中青年教师培养行动学科(专业)带头人培育项目(DTR2024015); 水处理功能材料湖南省重点实验室2024年开放基金(KFJJ2402)资助