Efficient Removal of Endocrine Disrupting Chemicals by BiOBr/Bi2O2CO3 Heterojunctions with the Presence of Chlorite: Photocatalytic and Chlorite Activation Mechanisms
本研究表明，富含氧空位的花状 S-scheme BiOBr/Bi₂O₂CO₃ 异质结通过协同活化亚氯酸盐产生二氧化氯，在可见光下高效降解双酚 A，通过一种稳健且稳定的高级氧化过程在 25 分钟内实现了 92.7% 的去除率。
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水处理厂面临着一个持久的挑战：去除被称为内分泌干扰物的隐形有害化学物质。这些物质包括存在于塑料和医疗器械中的双酚 A 等化合物，它们可能会穿透传统的过滤器并持久存在于河流和湖泊中，最终通过干扰激素系统来危害野生动物和人类健康。虽然利用被称为光催化剂的特殊材料进行日光驱动的净化方法为分解这些污染物提供了一种有前景的方式，但当现实世界的废水中含有其他会干扰净化过程的成分时，这种方法往往会遇到困难。为了克服这一问题，科学家们正在探索将光能净化与化学氧化剂（一种能积极攻击污染物的物质）相结合的方法。其中一种氧化剂——二氧化氯，在针对特定化学结构方面特别有效，且不会产生许多与旧式含氯处理相关的有毒副产物。然而，要让这种化学物质在水处理系统中高效运作，需要一种能够在可见光下快速且可靠地激活它的催化剂。
来自惠州学院和深圳polyltechnic大学的研究团队开发出了一种旨在解决这一精确问题的新型材料。他们创造了一种由两种不同的铋基半导体——一种名为溴化铋氧的材料和另一种名为碳酸氧化铋的材料组合而成的花状催化剂。通过仔细设计这些材料的晶体结构，科学家确保了特定的、高反应性的表面能够暴露在水中。当这两种材料结合在一起时，它们形成了一个特殊的连接，就像一条单行道，引导电荷流动，防止电荷相互抵消，从而使催化剂的效率比其单独使用时高得多。研究人员在一个将该材料暴露在可见光和少量亚氯酸盐（二氧化氯的前体）中的系统中测试了这种新材料。结果令人瞩目：在短短 25 分钟内，该系统清除了水中近 93% 的双酚 A。这种表现明显优于仅使用光或仅使用化学物质的效果，而且即使在水中含有其他常见盐类或在实际河水样本中进行测试时，该材料依然保持有效。
成功的秘诀在于该材料在微观层面如何与水发生相互作用。催化剂的表面布满了被称为“氧空位”的微小缺失点，这些点就像捕捉水分子的粘性陷阱。这些位点有助于分解水以产生羟基自由基，这是一种可以攻击亚氯酸根离子的强反应性粒子。这种相互作用触发了链式反应，产生二氧化氯，随后二氧化氯作为一种强氧化剂分解双酚 A 分子。研究人员利用先进的计算机模拟和详细的化学分析，绘制出了污染物分解的具体路径图。他们发现，该分子是通过三种主要途径被拆解的：失去其甲基、获得氧原子或其中心桥键断裂。随着分子被切成更小的碎片，它最终转化为无害的二氧化碳和水。至关重要的是，研究还检查了分解过程中产生的中间产物的毒性。虽然少数临时副产物的毒性略高于原始污染物，但随着过程的持续，混合物的整体毒性显著下降，且最终产物被归类为无毒。
研究还表明，这种新系统具有极强的鲁棒性。它在广泛的水质条件下都能有效工作，包括不同的酸度和各种通常会减缓净化过程的离子水平。事实上，某些离子（如氯离子）的存在实际上通过产生额外的反应性物种来加速了反应。研究人员证实，该过程依赖于两种结合材料之间特定类型的电荷转移，这种机制确保了最强大的电子和空穴能够保持可用状态，以执行分解污染物的任务。通过将设计精巧的材料与针对性的化学激活过程相结合，这项研究为清洁水质提供了一种全新的方法。它证明了通过理解催化剂表面的精确原子相互作用，科学家可以创造出不仅高效，而且足以应对现实世界废水复杂化学性质的韧性系统。
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