镉掺杂与CTAB修饰协同提升BiOBr纳米微球光催化降解罗丹明B的性能研究

　　针对水体有机污染物治理难题，研究人员通过Cd掺杂和CTAB表面修饰协同调控BiOBr纳米微球，显著提升其可见光吸收与电荷分离效率。复合催化剂BCd1C 在15分钟内实现99.2%的RhB降解率，机理研究表明·OH和h+ 是主要活性物种。该研究为高效光催化剂设计提供了新策略。

　　

随着工业发展带来的水污染问题日益严峻，含有有机染料的废水对生态系统和人类健康构成重大威胁。传统处理方法如化学氧化和生物降解存在成本高、易产生二次污染等缺陷。半导体光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点，其中卤氧化铋(BiOBr)因其独特的层状结构和2.7 eV带隙备受关注，但其可见光利用率和电荷分离能力不足限制了实际应用。

为解决这一难题，研究人员通过溶剂热法制备了镉(Cd)掺杂与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的BiOBr纳米微球(BCd_1C
)。X射线衍射(XRD)分析证实Cd²⁺
成功掺入BiOBr晶格，其离子半径(0.095 nm)与Bi³⁺
(0.103 nm)相近，避免了晶格畸变。比表面积测试显示Cd掺杂虽降低材料比表面积，但通过抑制光生电子-空穴复合显著提升催化活性。CTAB的阳离子头基通过静电作用在催化剂表面形成正电荷层，促进带负电的RhB分子吸附。

在光催化性能测试中，BCd_1C
对RhB的降解率在15分钟内达99.2%，远超纯BiOBr的93.67%。活性物种捕获实验证实羟基自由基(·OH)和光生空穴(h⁺
)是降解过程中的主要活性物质。机理研究表明，Cd掺杂通过引入杂质能级优化能带结构，而CTAB修饰则通过表面电荷调控强化污染物吸附，二者协同作用实现了催化性能的突破。

该研究创新性地提出元素掺杂与表面修饰的协同调控策略，不仅为BiOBr基光催化剂的设计提供了新思路，更为工业废水中有机染料的高效降解提供了可行方案。论文成果发表于《Journal of Molecular Structure》，其技术路线可拓展至其他半导体催化体系，对推动绿色水处理技术的发展具有重要意义。

研究采用的主要技术包括：溶剂热合成法制备催化剂，XRD进行晶体结构表征，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析光学性质，比表面积测试(BET)评估材料孔隙结构，以及活性物种捕获实验揭示反应机制。

Results and Discussion部分显示：XRD谱图中BCd_1C
在25.20°、31.72°等位置出现特征衍射峰，与标准卡片(JCPDS NO.39-0309)一致但峰强减弱，表明Cd掺杂引起晶格微扰。光学测试证实Cd掺杂拓宽了可见光响应范围，电化学阻抗谱显示电荷转移阻力显著降低。

Conclusion部分强调：Cd掺杂抑制光生载流子复合，CTAB修饰增强污染物吸附，二者协同作用使降解效率提升5.53个百分点。该工作为开发高效光催化剂提供了双重改性范式，其设计理念可推广至其他环境催化体系。

研究团队在CRediT authorship contribution statement中明确了分工：Chengzhi Chu负责初稿撰写与方法设计，Ruihuan Wang参与数据采集，Limin Wang、Xiaoyi Sun和Xiangyu Chen共同指导课题并修改论文。项目获得中国博士后科学基金(GZC20242149)支持，所有数据将依申请公开。这项兼具科学创新与应用价值的研究，为应对全球水污染挑战贡献了重要的技术解决方案。