Fe-g-C3N4/Bi2WO6异质结协同氧空位与内建电场实现废水抗生素-重金属双模式芬顿/光芬顿高效降解

本研究开发了Fe掺杂石墨相氮化碳(CNFe)与氧空位Bi2WO6(BWO(O))构建的异质结催化剂，通过氧空位工程优化能带结构并整合Fe-Nx活性位点，在黑暗/光照条件下实现四环素(TC)降解率98.9%（k=0.1753 min-1）及Cr(VI)-TC同步去除（92.4%/98.5%）。内建电场(IEF)和Z型异质结促进电荷分离，氧空位作为电子通道提升过一硫酸盐(PMS)活化效率，非自由基路径以Fe(IV)=O和1O2为主导，为复杂废水处理提供高效稳定的催化体系。

　　

Highlight

本研究成功构建CNFe/BWO(O)异质结催化剂，通过氧空位工程与界面设计显著提升芬顿/光芬顿催化性能。主要发现包括：(a) CNFe/BWO(O)-600在黑暗/光照条件下均表现卓越活性，内建电场(IEF)促进电子转移，Z型异质结保留强氧化还原能力；(b) 氧空位作为电子高速公路提升PMS活化效率；(c) 非自由基路径通过Fe(IV)=O和高活性¹O₂主导反应；(d) 毒性评估证实降解产物环境风险显著降低。

Structural characterization

X射线衍射(XRD)分析显示（图1b-c），g-C₃N₄基材料在13.0°和27.4°处呈现特征峰，分别对应共轭芳香体系的(100)晶面和七嗪网络单元的(002)晶面。与纯CN相比，CNFe的(100)晶面显著减弱，(002)晶面向低角度偏移，表明Fe掺杂引起晶格膨胀。BWO(O)的(131)晶面衍射峰加宽且强度降低，证实氧空位引入导致晶格畸变。

Conclusion

通过氧空位工程和界面设计成功构建CNFe/BWO(O)异质结催化剂，其创新性体现在：(1) IEF-Z型双机制协同实现全天候催化；(2) 氧空位与Fe-N_x位点组成"电子高速公路网络"；(3) 建立非自由基主导的多路径降解体系。该研究为复杂废水处理提供了兼具高效性、稳定性和环境友好性的催化解决方案，推动缺陷工程与界面科学在高级氧化技术(AOPs)中的应用。