压电材料在受到机械应力(如超声、水流)时,会发生形变,产生内建电场和表面束缚电荷。这些压电效应产生的电荷可以直接或间接参与催化反应,驱动污染物的降解。ZnO是一种常见的压电半导体。本研究将Fe掺杂进ZnO纳米棒晶格中,一方面引入额外的活性位点,另一方面调控其压电性能。在超声振动下,Fe-ZnO纳米棒发生周期性形变,产生的压电电子和空穴迁移至表面。这些压电电荷可以高效活化溶液中预先加入的PMS,产生SO₄·⁻和·OH。实验发现,单独超声或单独PMS对BPA几乎无降解,而“Fe-ZnO+超声+PMS”三者协同的体系,降解速率极快。自由基捕获和EPR测试证实了压电电子还原PMS产生SO₄·⁻,而压电空穴氧化水或OH⁻产生·OH的机制。该研究将压电效应与高级氧化技术相结合,为开发利用环境中微弱机械能(如水流、声波)进行水处理的新技术开辟了道路。
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