S型异质结g-C3N4/Bi2WO6高效降解左氧氟沙星：性能、机理及降解路径

doi:10.1016/j.actphy.2025.100105

摘要/Abstract

摘要：

采用一步水热法合成了g-C₃N₄/Bi₂WO₆(MCN/BWO)异质结光催化剂，用于降解左氧氟沙星(LEV)。在模拟太阳光照射下，摩尔比为1 : 1的MCN/BWO对LEV的降解率达到98.14%，这归因于MCN和BWO之间形成了S型异质结。原位XPS分析和表面功函数测量证实了电子转移路径遵循S型异质结机制。MCN/BWO体系中S型异质结产生的内建电场(IEF)促进了光生电子(e⁻)从BWO的导带(CB)直接转移到MCN的价带(VB)。这一过程实现了光生电子-空穴对(e⁻-h⁺)的有效分离，h⁺在BWO的VB上积累，e⁻在MCN的CB上积累。自由基捕获实验表明，超氧自由基(·O₂⁻)和h⁺是主要的活性物种。除了表现出优异的光催化性能外，该催化剂在连续三个循环中保持了良好的稳定性。为了阐明降解机制，采用液相色谱-质谱(LC-MS)和定量构效关系(QSAR)分析来鉴定降解途径、中间产物和潜在毒性。本研究为废水处理应用提供了理论基础。

关键词: S型异质结, MCN/BWO, 光催化, 左氧氟沙星, 降解路径

Abstract:

g-C₃N₄/Bi₂WO₆ (MCN/BWO) heterojunction photocatalysts were synthesized via a one-step hydrothermal method for the degradation of levofloxacin (LEV). Under simulated sunlight irradiation, the degradation rate of LEV by MCN/BWO with a molar ratio of 1 : 1 reached 98.14%, which was attributed to the formation of an S-scheme heterojunction between MCN and BWO. In situ XPS analysis and surface work function measurements confirmed that the electron transfer pathway follows the S-scheme heterojunction mechanism. The internal electric field (IEF) generated by the S-scheme heterojunction in the MCN/BWO system facilitates direct transfer of photogenerated electrons (e⁻) from the conduction band (CB) of BWO to the valence band (VB) of MCN. This process enables efficient separation of photogenerated electron-hole (e⁻-h⁺) pairs, with h⁺ accumulating on the VB of BWO and e⁻ accumulating on the CB of MCN. Free radical trapping experiments demonstrated that the superoxide free radical (·O₂⁻) and h⁺ were the primary active species. Besides exhibiting superior photocatalytic performance, the catalyst maintained excellent stability over three consecutive cycles. To elucidate the degradation mechanism, liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) and quantitative structure-activity relationship (QSAR) analysis were employed to identify degradation pathways, intermediates, and potential toxicity. This study provides a theoretical foundation for wastewater treatment applications.

Key words: S-scheme heterojunction, MCN/BWO, Photocatalysis, Levofloxacin, Degradation pathway

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S型异质结g-C₃N₄/Bi₂WO₆高效降解左氧氟沙星：性能、机理及降解路径

S-scheme heterojunction g-C₃N₄/Bi₂WO₆ highly efficient degradation of levofloxacin: performance, mechanism and degradation pathway

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