水汙染問題是目前全球關註的熱點。其中，有機汙染物與重金屬離子的復合汙染對水環境和人體健康造成了極大危害，受到廣泛關註☯️。雙酚A（BPA）和六價鉻（Cr(VI)）作為典型的有機物和金屬離子，常共存於工業廢水中𓀎👨🏽‍🚀，所形成的復合汙染呈現出更大的穩定性和生物毒性。相比於單一汙染物👨🏼‍🦰，因為不同汙染物去除機製差異🧙🏻，很難實現同步有效處理🧟‍♀️🧑🏻‍🦱。因此🔙，亟需開發出一種高效綠色可持續的方法來實現廢水中BPA與Cr(VI)的同步去除。

恒达平台化學科學與工程學院長聘副教授張亞男長期致力於水環境汙染物的高效去除相關研究，研究團隊近期采用界面工程和缺陷工程的雙重修飾策略，設計了一種兼具氧空位（Ov）和“雙異質結”協同效應的Co₃O_4-Ov/TiO₂光電極材料🥚🧑🏽‍🔬，並通過光電催化（PEC）耦合過氧單硫酸鹽（PMS）🧖‍♀️，構建Co₃O_4-Ov/TiO₂-PEC/PMS協同體系，實現了對BPA和Cr(VI)的高效同步去除🚞，相關研究成果以“Interface and Defect Engineering in 3D Co₃O_4-Ov/TiO₂ to Boost Simultaneous Removal of BPA and Cr(VI) upon Photoelectrocatalytic/Peroxymonosulfate (PEC/PMS) System”為題發表於國際知名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials)👩🏿‍🍼。

SEM和TEM表征結果顯示𓀜🤏🏻：Co₃O_4-Ov/TiO₂光電極材料的基底結構是由Ti網上原位生長的一維有序TiO₂納米棒和二維納米錐構成🫓。同時👩🏻‍🦼‍➡️，零維的Co₃O₄納米顆粒均勻分布在3D TiO₂結構上🫷🏽，其無序的晶格和模糊的邊界均表明存在氧空位。

XPS結果進一步表明了Co₃O₄中富含氧空位，作為電子供體摻雜劑可以促進載流子的轉移和分離。差分電荷密度計算和開爾文探針力顯微鏡（KPFM）技術清晰地闡明了Co₃O₄和TiO₂之間的電荷轉移機製👇🏿🪹。當 p型半導體Co₃O₄和n型半導體TiO₂ 在黑暗中接觸時，由於TiO₂較低的費米能級和功函數⭕️🤹，電子（e^-）會從TiO₂轉移到Co₃O₄，直至兩者的費米能級達到平衡。這一過程中🏋🏼‍♂️，界面處的電荷重新分布🖖🏼，在TiO₂和Co₃O₄之間形成內建電場，阻止了TiO₂中e^-的持續轉移。同時，TiO₂的能帶邊緣向上彎曲，而Co₃O₄的能帶邊緣則向下彎曲🫄🏻。在光照條件下🧑🏽‍🦲👩‍💼，光生電子通過p-n異質結轉移到TiO₂，而空穴（h⁺）則轉移到Co₃O₄，從而實現了高效的電荷分離。此外😹，TiO₂中的電子會通過（{111}/{101}/{110}）晶面異質結進一步轉移至基底，並迅速到達陰極。綜上所述，Co₃O_4-Ov/TiO₂材料表現出優異的光電化學性能，歸因於氧空位和雙異質結（“p-n結/晶面結”）的協同作用。

XPS表征表明Co₃O_4-Ov/TiO₂中Co³⁺/Co²⁺氧化還原循環能夠加速PMS的活化。DFT計算進一步詳細揭示了光電極與PMS分子之間的相互作用機製。偏態密度（PDOS）分析表明🎵🂠，PMS與Co₃O_4-Ov/TiO₂之間的鍵合更為穩定🧉，這意味著Co₃O_4-Ov/TiO₂對PMS具有更強的化學吸附能力。此外，通過計算吉布斯自由能（ΔG），對PMS的整體活化過程進行了熱力學分析🔎，結果表明引入Co₃O₄顯著提升了PMS的活化效率。

將Co₃O_4-Ov/TiO₂-PEC/PMS系統應用於模擬廢水中BPA和Cr(VI)的同步去除，僅在15min內對BPA和Cr(VI)的去除率分別達到96.2%和99.1%，進一步在實際廢水體系中同樣表現出優異的去除效果😼，證實具有良好的實際應用前景。這項工作為水環境中復合汙染物的高效同步去除提供了重要的思路。

張亞男副教授為論文通訊作者🕕，化學科學與工程學院碩士研究生胡鈺和金宇舟為共同第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市科委、中央高校基本科研業務費基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202414350