中文摘要

本研究构建了一种 Z 型 g-C₃N₄@Bi-BDC-Fc₀.₁（CxBFy）异质结光催化剂，用于在紫外光条件下高效活化过一硫酸盐（PMS），实现对双酚 S（BPS）的快速降解。结果表明，最优样品 C80BF120 在 20.0 min 内即可实现 BPS 的完全去除，其表观反应速率常数高达 0.29 min⁻¹，分别是单一 g-C₃N₄（0.05 min⁻¹）和 Bi-BDC-Fc₀.₁（0.08 min⁻¹）的 5.8 倍和 3.6 倍，展现出显著优越的催化性能。

除 BPS 外，C80BF120 对多种典型有机污染物同样表现出 100% 的高效降解能力，显示出良好的普适性和应用潜力。得益于光催化与 PMS 活化之间的协同效应以及 Z 型异质结结构的成功构建，该体系显著促进了光生载流子的高效分离与迁移，同时大幅提升了 PMS 的利用效率，从而实现催化性能的全面增强。

机理研究表明，超氧自由基（O₂•⁻）和单线态氧（¹O₂）是主导 BPS 降解的关键活性物种。此外，通过植物培养实验和细菌灭活测试进一步证实了该体系优异的解毒能力与环境安全性。

本研究为 Fe 修饰 Bi-MOF 与 g-C₃N₄ 构建 Z 型异质结光催化材料提供了一种可行策略，在水体污染治理领域展现出广阔的应用前景。

Fig. 2. (a) BPS removal efficiencies and (b) the corresponding k values in the different reaction systems. (c) Comparison of k-value of latterly reported catalysts for multiple organic pollutants removal. (d) Effects of inorganic ions on BPS removal. Experimental conditions: C80BF120 ​= ​0.3 ​g ​L−1, PMS ​= ​0.3 ​mM, BPS = BPA = RhB = OFC = 10 ​mg ​L−1, pH ​= ​5.7, Clˉ ​= ​135.3 ​mg ​L−1, HCO3ˉ ​= ​272.0 ​mg ​L−1, SO42ˉ ​= ​124.0 ​mg ​L−1, NO3ˉ ​= ​13.6 ​mg ​L−1.

文章亮点总结

1. 构建新型 Z-scheme 异质结体系

通过球磨法成功构建了 Z-scheme g-C₃N₄@Bi-BDC-Fc₀.₁ 异质结光催化剂，实现了 MOF 与 g-C₃N₄ 的高效耦合。

Fe 修饰的 Bi-MOF 作为 PMS 活化位点，与 g-C₃N₄ 在能带结构上形成合理匹配，有效抑制光生载流子复合 。

2. BPS 去除性能显著提升

最优样品 C80BF120 在 20 min 内实现 BPS 100% 降解，表观速率常数 k = 0.29 min⁻¹，分别是:纯 g-C₃N₄ 的 5.8 倍, 纯 Bi-BDC-Fc₀.₁ 的 3.6 倍，协同指数高达 5.8，充分证明 光催化 + PMS 活化的强协同效应。

3. 体系通用性强

对 BPS、BPA、OFC、RhB、TTC、SMX 等多种典型有机污染物均实现 100% 去除, 性能显著优于多数已报道的 PMS 活化催化剂，体现了体系的广谱适用性。

4. 清晰揭示 Z-scheme 传质与反应机制

结合 XPS、光沉积 Pt、PL、电化学测试 明确证明 Z-scheme 电子转移路径，O₂•⁻ 和 ¹O₂ 为主导活性物种，SO₄•⁻ 和 •OH 为辅助，Fe(II)/Fe(III) 循环是 PMS 高效活化的关键，构建了 自由基 + 非自由基并存机制。

5. 稳定性与环境适应性良好

连续 5 次循环后仍保持 95.5% 去除率，Fe、Bi 浸出量远低于欧盟饮用水限值，常见无机阴离子（Cl⁻、SO₄²⁻、NO₃⁻）干扰小，具备实际水体应用潜力。

6. 降解产物低毒性

通过 植物萌发实验 + 细菌培养实验 证实：BPS 降解后产物毒性显著降低，对植物生长和微生物活性影响明显减弱，强调了该体系在环境修复中的安全性优势。