共价有机框架(COFs)是一类新兴的晶态多孔聚合物,具有可设计的能带结构、高比表面积和优异的可见光吸收性能,在光催化领域展现出巨大潜力。然而,纯COF的光生载流子复合率通常较高。将其与传统无机半导体复合构建S型异质结,是提升其催化性能的有效策略。BiOBr是一种可见光响应的铋基光催化剂,其能带结构与许多COF(如TpPa-1)匹配,适合构建S型异质结。本研究通过原位溶剂热法,在COF TpPa-1纳米片上生长了BiOBr纳米片,形成了紧密接触的BiOBr/COF S型异质结。在S型电荷转移路径下,BiOBr导带上还原能力较弱的电子与COF价带上氧化能力较弱的空穴在界面处复合。这一过程使得BiOBr价带上具有强氧化能力的空穴和COF导带上具有强还原能力的电子被选择性地保留下来,分别用于氧化降解有机物(如双酚A)和还原重金属离子(如Cr(VI)),实现了“一石二鸟”的同步处理效果。
在可见光照射下,BiOBr/COF异质结对BPA的氧化降解速率和Cr(VI)的还原速率分别是纯BiOBr的8倍和10倍。值得注意的是,当BPA和Cr(VI)共存时,两者的去除效率均得到进一步提升,体现了氧化与还原半反应的相互促进。ESR和自由基捕获实验证实了h⁺和·O₂⁻分别是氧化和还原的主要活性物种,完美吻合了S型机理。该研究首次将新兴的COF材料与传统光催化剂进行S型异质结耦合,实现了废水中有机-无机复合污染物的同步高效光催化去除,为设计多功能水处理光催化剂开辟了新方向。
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