光催化利福平降解因其无二次污染、能耗低、成本低、操作简单等优点而受到广泛关注。目前，几种金属化合物，如ZnIn2S4、BiOCl/BiOI、CdS/ZnS、ZnCr/GO、PbS/Co3O4和TiO2，已被开发用于通过光催化降解利福平，但它们往往存在降解效率、光腐蚀或毒性等问题。
与传统的金属氧化物或硫化物相比，无铅双钙钛矿型Cs2AgBiBr6(CABB)具有光吸收合理、激子结合能低、化学/热稳定性好和毒性低等优点，被认为是一种新型的光催化剂。根据以往的实验，推测基于CABB的光催化剂也可以用于抗生素的降解，但主要的挑战是设计一个具有高光催化性能的稳定结构。
近日，上海交通大学黄富强、中国科学院上海硅酸盐研究所秦鹏和云南师范大学杨培志等首先合成了立方体CABB纳米晶，然后通过静电辅助自组装方法将其封装到介孔TiO2晶体基体中，形成S型异质结(CABB/TiO2)。其中，介孔TiO2晶体具有较高的表面积和较少的晶界，对电荷萃取有积极的影响。
性能测试结果显示，在光照下，最优的CABB/TiO2-200催化剂在80分钟内对利福平的降解率达到92.83%，在365 nm处的表观量子效率(AQE)为0.95%。此外，CABB/TiO2-200在经过4个循环前后的XRD和DRS谱图没有发现额外的峰，显示出良好的稳定性。
一系列系统的表征证实，CABB的(004)平面和TiO2的(101)平面之间通过Bi-O-Br键形成S型异质结，CABB中的电子被自发地注入到TiO2中，直到它们的费米能级达到平衡。光照后，电子通过界面上的内置电场从TiO2的CB向CABB的VB迁移，有效地促进了光生电荷分离和载流子提取。
机理实验表明，反应过程中利福平分子(RIF1)首先受到活性活性物种的攻击，伴随着含氮杂环的开放和链断裂以产生中间RIF2。然后，RIF2受到•OH的亲核攻击，RIF2丢失哌嗪环，随后通过羟基化和氧杂环的裂解分解成RIF4。经过进一步氧化、开环、脱酰胺等工艺，得到了RIF5。RIF5中的对苯醌由于被h+/•O2−氧化而经过开环和断环反应以及氧化生成RIF7。然后RIF7还原成小分子产物甲醇(RIF8)，一些甲醇分子可能矿化成CO2和H2O。
Lead-free Cs2AgBiBr6/TiO2 S-scheme heterojunction for efficient photocatalytic antibiotic rifampicin degradation. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c03648
