石油化工和聚碳酸酯塑料加工产生的双酚A(BPA)在水生生态系统中普遍存在。Cr(VI)是一种已知的人类致癌物质，广泛存在于各种工业废水中。双酚A和Cr(VI)在工业水中的共存浓度经常超过规定的阈值，并且由于它们的复杂的相互作用导致难以同时去除。
因此，迫切需要开发一种有效、可持续的方法来实现废水中共存双酚A和Cr(VI)的同时降解。光电催化(PEC)技术利用光电效应和外部偏压来促进光生电子向阴极的转移，提高了载流子的利用效率，并且电极材料易于回收。因此，PEC催化BPA和Cr(VI)同时去除具有巨大前景。
近日，同济大学张亚男课题组采用两步法在Ti网上制备了3D Co3O4-Ov/TiO2光电极。具体而言，研究人员将富氧空位(Ov)的Co3O4(Co3O4-Ov)锚定到具有{111}、{101}和{110}面的TiO2上。在Co3O4和3D TiO2之间形成一个“p-n异质结”，同时{111}/{101}/{110}面形成“面异质结”，从而实现了有效的光生电荷分离。此外，在Co3O4中构建的Ov可以作为电子供体掺杂剂促进载流子的转移和分离，改善TiO2的固有缺陷，从而实现优异的PEC性能。
研究人员将PMS引入到PEC体系中，建立了PEC/PMS耦合体系。在该体系中，Co3O4-Ov/TiO2光电极可在15分钟内将BPA (0.15 min-1)和Cr(VI)(0.29 min-1)几乎全部降解，并经过5次循环反应后降解率仍保持在90%以上。
此外，利用理论计算解释了光电极与PMS分子之间的相互作用机理。与Co3O4相比，Co3O4-Ov/TiO2的d带中心上移，使得电子更难占据反键态，这有助于PMS与Co3O4-Ov/TiO2之间的键更稳定，因此Co3O4-Ov/TiO2在活化过程中具有更强的化学吸附活性。
此外，PMS的活化过程涉及吸附、解离、产生SO4•−*和SO4•−*的解吸(速率决定步骤)。Co3O4-Ov/TiO2上SO4•−*的解吸的ΔG为3.3 eV，显著低于TiO2 (6.2 eV)，因此Co3O4的引入提高了PMS的活化效率。总的来说，该项工作证实了PEC同时去除BPA和Cr(VI)的可行性，为废水中有机污染物和重金属离子的高效同时去除提供了一种有效的途径。
Interface and defect engineering in 3D Co3O4-Ov/TiO2 to boost simultaneous removal of BPA and Cr(VI) upon photoelectrocatalytic/peroxymonosulfate (PEC/PMS) system. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202414350
