双Z型异质结TNCoPc/BiOBr/Ag3PO4微球通过氧活化高效光催化降解亚甲基蓝的性能与机制研究

本文创新性构建了TNCoPc/BiOBr/Ag3PO4三元复合光催化剂，通过双Z型异质结（Z-scheme）电子转移机制显著提升可见光吸收与载流子分离效率，实现亚甲基蓝（MB）97.74%的降解率。研究揭示了Co-N4活性位点调控分子轨道分布促进氧活化生成·O2?/·OH的关键作用，结合Fukui指数与LC-MS系统解析了MB降解路径，为有机污染物治理提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过简单水热法和离子沉淀法合成以Ag₃PO₄为壳层的TNCoPc/BiOBr/Ag₃PO₄三元复合材料。相较于传统材料，具有双Z型构型的异质结显著抑制了Ag₃PO₄的光腐蚀现象，展现出三大突破：1）可见光吸收能力增强；2）光生载流子分离效率提升；3）氧活化产生的·O₂^?和·OH自由基主导降解过程。

Structural and morphological analysis

通过UV-Vis漫反射光谱（图1a）分析发现，TNCoPc在600-800nm可见光区展现出"分子天线效应"，而BiOBr/Ag₃PO₄复合后吸收边红移，证实异质结拓宽了光响应范围。理论计算表明，酞菁环上硝基取代重构了Co-N₄活性位点的分子轨道分布，降低LUMO能级，形成"电子陷阱"促进O₂吸附活化。

Conclusion

该工作通过构建双Z型异质结实现三大创新：1）Ag₃PO₄壳层有效抑制光腐蚀；2）TNCoPc拓展可见光捕获范围至近红外区；3）Co-N₄位点形成持续循环的"电子-自由基泵"，每克催化剂可降解586mg MB，为设计高效光催化剂提供新思路。