环境介质中残留的抗生素已被视作一种新兴的污染物,潜在地威胁着生态环境安全和人类健康。为了有效的去除水体中的抗生素,本论文以四环素(TC)为模型,通过层层自组装制备一种新型的钴(Co)、钛(Ti)共掺杂锌铁氧体(CoTiZFO)薄膜光阳极,详细地研究了薄膜层数,以及施加电压对其光电催化(PEC)降解TC的性能影响;分析了CoTiZFO薄膜光阳极在PEC作用下可能产生的活性氧物种,并探讨了TC潜在的降解途径。此外,分别采用不同的阴极材料(铂(Pt)丝、碳纸)与CoTiZFO薄膜光阳极构筑二电极体系,深入地研究了对应体系下的PEC作用机制。首先,通过溶剂热法制备了一种晶粒尺寸约为8 nm的单分散CoTiZFO纳米颗粒。随后,采用Langmuir-Blodgett(LB)工艺,在40 m N/m的表面压力下,于氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃表面制备了不同层数的CoTiZFO薄膜(LB-CoTiZFO)。研究显示,Co、Ti共掺会导致锌铁氧体(ZFO)的晶格膨胀,并促进三价铁离子(Fe³⁺)还原为二价铁离子(Fe²⁺)。此外,与LB组装的ZFO膜(LB-ZFO)相比,LB-CoTiZFO具有略窄的带隙,较低的平带电位;然而,LB-ZFO比LB-CoTiZFO具有更小的空间电荷层电阻和亥姆赫兹层电阻,且其载流子浓度也明显高于LB-CoTiZFO。其次,以LB-CoTiZFO为光阳极,Pt为阴极,构建了一个二电极体系用于PEC降解TC。在模拟太阳光的照射下,若施加电压为0.6 V,5层的LB-CoTiZFO(LB-CoTiZFO-5)具有最佳的TC降解率和矿化率,其1 h能够PEC降解92.85%±1.45%的TC(10 mg/L,60 m L),且此时TC的矿化率达到53.73%±1.48%。然而,5层的LB-ZFO(LB-ZFO-5)在同等条件下,只能PEC降解58.15%±0.93%的TC。LB-CoTiZFO-5降解TC的动力学速率常数是LB-ZFO-5的约3.3倍。此外,X射线光电子能谱分析结果显示,在PEC降解TC的过程中,LB-CoTiZFO-5中的三价钴离子(Co³⁺)全部被还原成二价钴离子(Co²⁺),部分四价钛离子(Ti⁴⁺)分别被还原成三价钛离子(Ti³⁺)和二价钛离子(Ti²⁺),而部分Fe²⁺被氧化成Fe³⁺,从而导致LB-CoTiZFO-5的表面发生重排。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,在LB-CoTiZFO-5晶格中,Zn-O-Fe主链中的共价竞争会导致Fe-O键断裂,带有未配对价电子的裸Fe金属原子会扩散至亥姆赫兹层充当活性位点,由此提高LB-CoTiZFO-5的界面PEC活性。最后,构建了一个LB-CoTiZFO-5—碳纸二电极体系,用于进一步提升PEC降解TC的性能。在模拟太阳光的照射下,当施加电压为0.2 V时,LB-CoTiZFO-5能在40 min内PEC降解完TC(10 mg/L,60 m L),且TC的矿化率高达72.63%±0.47%。在PEC降解TC的过程中,LB-CoTiZFO-5—碳纸二电极体系1 h可以产生大约2.15μg/cm~2的过氧化氢(H₂O₂),而在LB-CoTiZFO-5—Pt二电极体系中,几乎未检测到H₂O₂生成。因此,LB-CoTiZFO-5—碳纸二电极体系除利用PEC作用之外,它还可借助光电自芬顿反应,以及UV/H₂O₂反应来促进羟基自由基的形成,这是LB-CoTiZFO-5—碳纸二电极体系具有快速降解TC的主要原因。此外,本实验将LB-CoTiZFO-5—碳纸二电极体系进一步拓展到喹诺酮类(环丙沙星)和β-内酰胺类(阿莫西林、头孢呋辛钠)等抗生素降解中;其中,当环丙沙星、阿莫西林和头孢呋辛钠经历与TC同样的PEC作用时,它们的降解率分别为79.62%±0.60%、83.16%±0.69%和97.45%±1.33%。综上所述,LB-CoTiZFO-5光阳极在高效去除TC等抗生素方面具有广阔的应用前景。