Preparation and Photocatalytic Performance of Highly Efficient Visible-light Responsive ZnFe2O4/MXene

doi:10.7503/cjcu20260061

Abstract

Abstract:

ZnFe₂O₄， a visible-light-responsive photocatalyst， exhibits significant potential for organic wastewater treatment due to its low environmental toxicity and magnetic recyclability. However， the rapid recombination of photogenerated electron-hole pairs in pure ZnFe₂O₄ severely limits its photocatalytic activity. To address this issue， ZnFe₂O₄/MXene photocatalysts were developed via a combined hydrothermal and room-temperature electrostatic adsorption approach. Additionally， the photocatalytic efficiency of ZnFe₂O₄ under visible light was enhanced through the morphology control of ZnFe₂O₄（microrod， hollow microsphere， Archimedean polyhedron， “popcorn” sphere， nanoparticle） and the synergistic effect of MXene. The high conductivity of MXene improved charge transfer efficiency and facilitated the separation of photogenerated carriers. When ZnFe₂O₄ was synthesized as an Archimedean polyhedron and MXene dosage was 10% of ZnFe₂O₄， the optimized ZnFe₂O₄/MXene photocatalyst achieved a methylene blue（MB） degradation efficiency of 96.9% within 20 min， which was 2.1 and 3.0 times higher than that of ZnFe₂O₄ and MXene， respectively. Moreover， the degradation efficiency of MB remained over 90.0% after five cycles. The degradation mechanism of MB by ZnFe₂O₄/MXene was investigated using valence band spectrum of X-ray photoelectron spectroscopy and active species capture experiments. The results indicated that ^∙ O₂^- served as the primary active species， while ^∙ OH and h⁺ played secondary roles in MB degradation.

Key words: Visible-light photocatalyst, ZnFe₂O₄, MXene, Methylene blue, Magnetic

CLC Number:

O643

TrendMD:

TIAN Zhenhua, GONG Gu, HAN Xiufei, HAO Chuanyu, GAO Panpan, SUN Xiaodan. Preparation and Photocatalytic Performance of Highly Efficient Visible-light Responsive ZnFe₂O₄/MXene[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(8): 20260061.

Figures/Tables 8

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Catalyst	Light source	Degradation efficiency（%）	Time/min	Ref.
ZnFe₂O₄/g⁃C₃N₄	Visible	96.3	180	［10］
Ni²⁺ doped ZnFe₂O₄	Visible	96.2	120	［35］
ZnO/ZnFe₂O₄/TiO₂	Visible	96.3	150	［36］
CeO₂/ZnFe₂O₄	Visible	90.5	90	［37］
Ag⁃ZnFe₂O₄@graphene	Visible	83.0	180	［38］
GO quantum dots decorated ZnO⁃ZnFe₂O₄	Visible	94.0	240	［39］
ZnFe₂O₄/BiVO₄+H₂O₂	Visible	98.8	60	［40］
ZnFe₂O₄/SnO₂+H₂O₂	Solar	95.2	60	［41］
ZnFe₂O₄/rGO+H₂O₂	Solar	87.0	70	［13］
ZnFe₂O₄/biochar+H₂O₂	Visible	90.0	60	［42］
ZnFe₂O₄/MXene+H₂O₂	Visible	96.9	20	Present work

Catalyst	Light source	Degradation efficiency（%）	Time/min	Ref.
ZnFe₂O₄/g⁃C₃N₄	Visible	96.3	180	［10］
Ni²⁺ doped ZnFe₂O₄	Visible	96.2	120	［35］
ZnO/ZnFe₂O₄/TiO₂	Visible	96.3	150	［36］
CeO₂/ZnFe₂O₄	Visible	90.5	90	［37］
Ag⁃ZnFe₂O₄@graphene	Visible	83.0	180	［38］
GO quantum dots decorated ZnO⁃ZnFe₂O₄	Visible	94.0	240	［39］
ZnFe₂O₄/BiVO₄+H₂O₂	Visible	98.8	60	［40］
ZnFe₂O₄/SnO₂+H₂O₂	Solar	95.2	60	［41］
ZnFe₂O₄/rGO+H₂O₂	Solar	87.0	70	［13］
ZnFe₂O₄/biochar+H₂O₂	Visible	90.0	60	［42］
ZnFe₂O₄/MXene+H₂O₂	Visible	96.9	20	Present work

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