《Green Energy & Environment》：Construction of Bi
2Fe
4O
9/MXene Schottky heterojunction: synergistic charge transfer for efficient photocatalytic degradation of ciprofloxacin
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本研究针对水体中环丙沙星（CIP）污染问题，通过构建Bi2Fe4O9/Ti3C2（BFT-1）肖特基异质结光催化剂，在可见光照射50分钟内实现85.7%的CIP降解率（k=0.032 min-1），较纯BFO提升1.6倍。该研究证实异质结界面形成的肖特基势垒可有效促进电子转移并抑制载流子复合，为抗生素废水处理提供了新型高效解决方案。
随着抗生素在环境中的持续积累，环丙沙星（Ciprofloxacin, CIP）作为一种典型氟喹诺酮类抗生素，因其化学稳定性强和难生物降解特性，已成为水环境治理的焦点难题。传统水处理技术对CIP的去除效率有限，而光催化技术凭借其环境友好性和可持续性优势，为降解难降解有机污染物提供了新思路。在众多光催化材料中，铋铁氧体（Bi2Fe4O9, BFO）因其窄带隙和高可见光激发效率备受关注，但纯BFO存在载流子复合率高的问题。近年来，二维过渡金属碳化物（MXene）因其优异导电性成为替代贵金属的理想材料，其中Ti3C2MXene通过形成肖特基异质结可显著提升光催化性能。
为探究Bi2Fe4O9/Ti3C2复合材料对CIP的降解效能，昆明理工大学土木工程与力学学院的吴子珍、王昭、史俊、邓慧平等研究人员在《Green Energy》发表了最新成果。研究采用超声辅助水热法成功构建了不同比例的Bi2Fe4O9/x%Ti3C2（BFT-x）肖特基异质结光催化剂，通过系统表征和光催化实验揭示了其降解机制。
研究团队主要运用了材料合成（超声辅助水热法）、结构表征（扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM、X射线衍射XRD、X射线光电子能谱XPS）、光电性能测试（紫外-可见漫反射光谱UV-Vis DRS、莫特-肖特基测试、瞬态光电流响应、电化学阻抗谱EIS、光致发光光谱PL）、活性物种鉴定（电子顺磁共振EPR、自由基淬灭实验）以及降解产物分析（超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱UPLC-Q-TOF）等关键技术方法。实际水样来自安徽省某污水处理厂出水。
3.1. Performance of BFT
通过降解实验发现，当Ti3C2负载比例为1%时（BFT-1），在可见光照射50分钟后对CIP的降解效率达到85.7%（k=0.032 min?1），显著优于纯BFO（53.1%）。环境因素实验表明，中性条件（pH=7.3）最利于降解，共存无机阴离子中HCO3?抑制作用最显著，而腐殖酸（HA）浓度增至12 mg·L?1时降解率仍保持74.6%。
3.2. Characterization of BFT
SEM/TEM显示BFO颗粒成功锚定在Ti3C2层状结构上，HRTEM观察到0.259 nm（Ti3C2(101)）和0.316 nm（BFO (121)）晶格条纹。XPS证实材料含Bi、Fe、Ti、C、O五种元素，UV-Vis DRS显示BFT-1具有良好可见光吸收能力，带隙值为1.52 eV。光电测试表明BFT-1具有最强光电流响应和最小阻抗，荧光寿命（3.41 ns）较BFO（2.32 ns）显著延长。
3.3. Reaction and catalytic mechanism
淬灭实验和EPR分析证实h+、1O2和•O2?是主要活性物种。UPS测试计算得出BFO和Ti3C2的功函数分别为4.48 eV和4.99 eV，电子从BFO向Ti3C2转移形成肖特基势垒，有效抑制电子回传。
3.4. Degradation pathways and intermediate products
质谱分析鉴定出10种中间产物，提出羟基化、哌嗪环裂解和氟取代三条降解路径。毒性评估显示大多数中间产物毒性低于CIP。
3.5. Application feasibility
循环实验表明BFT-1在四次使用后降解率仍超过70%，ICP-MS检测显示Bi、Fe、Ti离子浸出浓度极低（0.0226-0.1137 μg·mL?1）。实际水体中降解率降至44.7%，但通过优化操作条件仍具应用潜力。
该研究通过构建BFT-1肖特基异质结光催化剂，实现了可见光下对CIP的高效降解。材料表征证实异质结成功构建，光电性能提升显著，机理研究揭示了h+、1O2和•O2?的主导作用。降解路径分析表明反应中间产物毒性降低，循环实验验证了催化剂的稳定性。这项工作为MXene基肖特基异质结在抗生素废水处理中的应用提供了理论依据和实践参考，对推动光催化技术在实际环境治理中的应用具有重要意义。
