近年来，研究人员和环保人士对减少水污染表现出越来越大的兴趣。在工业化学中，将硝基苯还原为苯胺是一个关键过程，因为它可以将潜在的有害成分转化为有益的化学分子苯胺[1,2]。然而，从硝基苯商业合成苯胺需要氢气环境和高温，这一过程成本高昂且耗时较长。由于苯胺的工业重要性，光还原硝基苯被认为是一种更优的替代方法[3,4]。因此，必须利用可靠高效的技术将废水中的硝基苯转化为苯胺。目前，通过多种化学和物理方法（包括生物处理、电渗析、氢化、光催化、絮凝和混凝）来处理硝基苯污染。然而，由于技术和经济限制，这些方法并不十分可行。光催化是一种环境友好且高效的方法，可用于去除水中的有害污染物[[5], [6], [7]]。基于半导体的光催化技术因利用可再生太阳能而展现出巨大潜力[9]。
与传统的半导体基光催化剂相比，钙钛矿及其层状结构钙钛矿体系因其良好的光稳定性和易于制备而受到关注[[10], [11], [12]]。科学家和工程师对LaTiO3特别感兴趣，因为它具有独特的物理特性[13]。多项研究探讨了不同化学计量的A位掺杂LaTiO3的性能。研究发现，随着Sr掺杂比例的增加，LaTiO3薄膜的电子载流子密度逐渐降低[14]。LaTiO3显著提高了热稳定性和光催化活性。当La掺杂的NaTaO3暴露在紫外光下时，其转化量子效率超过50%。为了防止表面光诱导的电子-空穴复合并提高光催化效率，光催化剂需要具有高结晶度[[15], [16], [17]]。
尖晶石复合氧化物（如CoFe2O4、ZnFe2O4、CoMn2O4、MnFe2O4、CuCo2O4、ZnMn2O4、CuMn2O4和ZnCo2O4）[[[18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]]）在污染物光降解、超级电容器、能量转换、锂离子电池和氧还原反应等方面表现出优异的光/电化学活性。这些材料由于其复杂的化学组成和多种金属成分的协同效应而具有较高的活性。其中，n型钴锰尖晶石氧化物（MnCo2O4）具有生态友好性、低带隙和优异的光催化性能，并且非常稳定。然而，MnCo2O4的窄带隙限制了其光催化效率，因为它会促进光生载流子的快速复合。为了克服这一限制并提高光催化性能，需要构建异质结结构来促进电子和空穴的分离与传输。MnCo2O4微球被设计为可见光诱导CO2还原的共催化剂[26]。此外，还制备了具有八面体结构的MnCo2O4颗粒用于光催化水分解[27]。然而，纯MnCo2O4的分离效率低且对可见光的吸收不足，这限制了其应用。通过将MnCo2O4与其他半导体混合制备异质结是解决这一问题的常用方法。最近制备了多种基于MnCo2O4的异质结，包括PMoV@MnCo2O4-NH2、MnO2/MnCo2O4/Ni、CuCo2O4/MnCo2O4、MnCo2O4/N,S-CNT、NiCo2O4/MnCo2O4和TiO2/MnCo2O4[[28], [29], [30], [31], [32], [33]]。异质结通过限制组分间的界面电荷迁移来提高催化活性。
S型光催化技术通过增强电荷分离并保持强大的氧化还原能力，解决了传统异质结系统的基本缺陷[[34], [35], [36]]。在S型系统中，低还原能力的光生电子和低氧化能力的空穴会在内部复合，而具有最大氧化还原电位的电子和空穴则保留在不同的半导体上[[37], [38], [39], [40], [41]]。这种选择性电荷传输不仅防止了电子-空穴复合，还为CO2还原、H2生成、水分解和污染物降解等复杂过程提供了高的光催化活性[[42], [43], [44], [45], [46], [47]]。因此，S型机制为高性能光催化剂提供了比传统II型异质结更合理的设计方案，从而实现更有效的太阳能利用和反应效率[[48], [49], [50], [51]]。
在本研究中，开发了MnCo2O4/LaTiO3纳米复合光催化剂，并测试了其在可见光下将硝基苯还原为苯胺的能力。光电流强度和光致发光研究表明，异质结界面处的高效电荷传输和分离是MnCo2O4/LaTiO4光催化剂增强光催化性能的原因。除了展示MnCo2O4光催化剂的潜力外，该研究还揭示了其与LaTiO3异质结如何在可见光下协同作用高效地还原硝基苯。最优配比的12 wt% MnCo2O4/LaTiO4异质结在40分钟内可将约100%的硝基苯转化为苯胺。根据伪一级动力学分析，优化后的12% MnCo2O4/LaTiO3纳米复合光催化剂的反应速常数为0.0734 min-1，是纯LaTiO3的约26倍。
