可见光驱动FeVO4/MXene复合催化剂活化PMS实现2,4,6-三氯苯酚高效降解及机制解析

本研究创新性构建FeVO4/MXene复合光催化剂，通过可见光驱动过一硫酸盐（PMS）活化实现2,4,6-三氯苯酚（2,4,6-TCP）的高效降解。MXene的引入显著提升FeVO4电荷分离效率，体系通过h+、•OH和1O2协同作用实现污染物快速去除，且催化剂在5次循环后仍保持98%活性，为氯酚类污染物治理提供新策略。

　　

亮点

本研究开发的FeVO₄/MXene复合体系在可见光下展现惊人催化性能：仅需20分钟即可100%降解2,4,6-TCP，且PMS用量减少75%！MXene如同"电子高速公路"般有效抑制FeVO₄光生电子-空穴复合，同时促进h⁺与PMS反应生成更多•OH和¹O₂活性物种。更令人振奋的是，该材料经历5次循环后仍保持98%的降解效率，堪称环境催化领域的"耐久战士"。

材料与方法

实验采用六水合氯化铁(FeCl₃•6H₂O)和偏钒酸铵(NH₄VO₃)制备FeVO₄，通过氢氟酸(HF)蚀刻Ti₃AlC₂（MAX相）获得MXene。利用电子自旋共振(ESR)捕获到DMPO-•OH和TEMP-¹O₂特征信号，证实了关键活性物种的存在。

结果与讨论

电镜显示FeVO₄纳米球（40-50nm）均匀锚定在MXene的"手风琴状"层间。能带分析揭示MXene将FeVO₄的带隙从2.3eV降至1.8eV，显著提升可见光响应。淬灭实验证明h⁺贡献率达52%，而•OH和¹O₂共同承担剩余降解任务，形成完美的"三线作战"机制。

结论

FeVO₄/MXene/PMS/Vis系统成功实现"一石三鸟"：高效电荷分离、减少氧化剂用量、稳定循环性能。该工作为设计"光催化-化学氧化"协同体系提供了范本，在难降解有机废水处理领域具有重大应用前景。