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(W-BiVO4-x/rGO)光催化剂，用于有效去除污染物

该研究发表于 Separation and Purification Technology（2021），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 开展 光催化水处理、抗生素废水去除 研究，关键结果包括常规水热样品对应去除率 78.7%；去除效率 93.6%；去除效率 12.9%。

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论文编号 497
应用方向 光催化水处理、抗生素废水去除、缺陷工程、石墨烯复合半导体、微波水热合成
关键结果 常规水热样品对应去除率 78.7%
核心条件 时间 12 h / 30 min
论文编号
497
期刊
Separation and Purification Technology
影响因子
9.136
中科院分区
1 区
发表年份
2021
DOI
10.1016/j.seppur.2021.119610
设备型号
XH-8000 / XH-8000Plus
作者单位
哈尔滨工业大学；哈尔滨工业大学环境学院、城市水资源与水环境国家重点实验室
Harbin Institute of Technology; State Key Laboratory of Urban Water Resources and Environment, School of Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China
研究方向
光催化水处理 抗生素废水去除 缺陷工程 石墨烯复合半导体 微波水热合成

事实快照

  • 论文：(W-BiVO4-x/rGO)光催化剂，用于有效去除污染物
  • 设备：XH-8000 / XH-8000Plus
  • 期刊与分区：Separation and Purification Technology，中科院 1 区
  • 核心条件：时间 12 h / 30 min
  • 关键结果：常规水热样品对应去除率 78.7%；去除效率 93.6%；去除效率 12.9%
  • 用途：可作为 光催化水处理、抗生素废水去除 的论文证据页。

研究摘要

作者通过一步微波水热法构建了富氧空位 W-BiVO4-x/rGO 可见光光催化剂，用于高效去除 CIP 和 CTC。论文指出，W 掺杂主要提升光生载流子密度，rGO 扩大比表面积、拓宽光吸收并促进电荷传输，氧空位则兼具缩窄带隙和增强 •O2− 生成的作用；三者协同后，使 CIP 降解速率常数较 W-BiVO4/rGO、BiVO4/rGO、W-BiVO4 和 BiVO4 分别提高 1.73、5.32、6.43 和 10.70 倍。作者同时借助淬灭实验、ESR 与 DFT 计算，系统解释了材料界面作用增强、氧分子吸附强化和活性物种生成提升的原因。

研究背景与解决的问题

作者通过一步微波水热法构建了富氧空位 W-BiVO4-x/rGO 可见光光催化剂，用于高效去除 CIP 和 CTC。

设备应用与实验条件

项目参数
时间12 h / 30 min

关键结果

常规水热样品对应去除率 78.7%
去除效率 93.6%
去除效率 12.9%
降解效率 6.9%
指标结果
常规水热样品对应去除率78.7%
去除效率93.6%
去除效率12.9%
降解效率6.9%
去除率26.2%
去除率86.8%

机制/方法亮点

  • 三类活性物种共同参与，其中 h+ 与 •O2− 作用更突出 自由基淬灭实验表明： 加入 KI 后，CIP 去除率由 93.6% 降至 50.9%；加入 CF 后，降至 67.6%；加入 TBA 后，降至 78.2% 据此可知，h+、•O2− 和 •OH 都参与降解，其中 h+ 与 •O2− 的影响更明显。
  • ESR 直接验证了活性物种生成 ESR 测试显示： 暗态下未观察到明显 DMPO-•O2− 和 DMPO-•OH 信号；光照后出现 DMPO-•OH 的 1:2:2:1 特征峰；同时出现 DMPO-•O2− 的四重峰；随照射时间延长，信号持续增强 此外，W-BiVO4-x/rGO 的 DMPO-•O2− 信号强于 W-BiVO4/rGO，说明氧空位确实强化了超氧自由基生成。
  • DFT 解释了界面增强与氧吸附增强的根源 DFT 结果给出了几条关键证据： W-BiVO4-x/rGO 与石墨烯层间电荷转移最强；界面净电荷转移量由 BiVO4/rGO 的 0.0847、W-BiVO4/rGO 的 0.1006 提升到 W-BiVO4-x/rGO 的 0.2918；W-BiVO4-x/rGO 的功函数最低，为 4.7956 eV，电子更易逸出 在氧吸附模型中： W-BiVO4/rGO-O2 的吸附能为 -2.2980 eV；W-BiVO4-x/rGO-O2 的吸附能为 -3.6469 eV；对应 O-O 键长由 1.4182 Å 进一步拉伸到 1.5001 Å 这说明氧空位显著增强了氧分子吸附和活化，为 •O2− 生成提供了更有利条件。
  • 降解路径以去官能团、开环和小分子矿化为主 基于 HPLC-ESI-Q-TOF-MS，作者提出： CIP 主要经历羟基化、哌嗪环断裂、脱羰基、脱氟、脱氨和开环等过程，最终矿化为 CO2 和 H2O；CTC 主要经历脱氯、去甲基、脱羟基、羰基断裂和连续开环等过程，最终向小分子产物转化 这使论文不仅给出了“能降解”的结果，也补上了“怎么降解”的路径证据。

应用价值

  • 论文明确使用祥鹄 XH-8000Plus 完成关键微波水热合成，设备型号、厂家、温度、时间和反应器体积信息齐全。
  • 把 W 掺杂、氧空位工程和 rGO 复合三种增效机制整合到同一 BiVO4 体系中，协同逻辑清楚。
  • 微波路线将制备时间从 12 h 压缩到 30 min，同时把 CIP 去除效率提升到 93.6%，对照优势明确。
  • CIP 速率常数达到 0.04377 min−1，较原始 BiVO4 提升 10.70 倍，传播点非常强。
  • 通过淬灭实验、ESR 与 DFT 共同锁定 h+、•O2−、•OH 及氧空位增强氧吸附这一完整机制链。

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常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-8000 / XH-8000Plus。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Separation and Purification Technology（2021），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 开展 光催化水处理、抗生素废水去除 研究，关键结果包括常规水热样品对应去除率 78.7%；去除效率 93.6%；去除效率 12.9%。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Separation and Purification Technology，中科院 1 区。
引用信息
Insight into a novel microwave-assisted W doped BiVO4 self-assembled sphere with rich oxygen vacancies oriented on rGO (W-BiVO4-x/rGO) photocatalyst for efficient contaminants removal
Separation and Purification Technology, 2021
DOI: 10.1016/j.seppur.2021.119610