苯酚作为一种典型的挥发性有机污染物，在木材加工，肥料、焦炭和塑料等制造工业过程中被大量排放，对环境和人类健康构成严重威胁。这种具有致癌性的污染物不仅可以通过工业废水进入水体，还能以蒸气形式通过呼吸系统进入人体。苯酚的水溶性和化学稳定性使其能够在环境中长期存在，破坏生态系统平衡。传统的水处理方法对苯酚这类顽固有机污染物往往效果有限。近年来，基于PMS的高级氧化工艺因其能产生强氧化性自由基而备受关注。然而，如何高效激活PMS以提升自由基产率仍是该领域的研究难点。尖晶石型铁氧体CoFe₂O₄因其理想的电子结构、优异的铁磁性和过渡金属特性，被认为是极具潜力的PMS活化催化剂。但其在实际应用中易发生颗粒团聚，导致活性位点减少，催化性能下降。

为解决这一难题，本研究通过创新设计，将MXene衍生的TiO₂@C与磁性CoFe₂O₄结合，构建了S型异质结催化剂CoFe₂O₄/TiO₂@C。TiO₂@C不仅提供了高比表面积和稳定载体，还通过碳层增强了电子传导能力。CoFe₂O₄则通过Fe/Co双金属协同效应高效活化PMS，同时赋予催化剂磁分离特性。实验表明，CoFe₂O₄/TiO₂@C在模拟太阳光和PMS共存条件下表现出卓越的催化活性，远超单一组分（TiO₂@C或CoFe₂O₄）的效果。此外，研究还系统探讨了催化剂用量、PMS浓度、pH值及共存离子对降解效率的影响，证实了其在复杂水体中的适用性。这项研究不仅为酚类污染治理提供了高效解决方案，还为设计多功能异质结催化剂开辟了新路径，具有重要的环境应用价值。

Scheme 1. Preparation of the CFOTC catalyst

Fig. 1. SEM images of (a) MXene, (b) TiO₂@C, and (c) CoFe₂O₄/TiO₂@C (CFOTC); TEM and (d) HRTEM images of CFOTC; and (e) elemental mapping image of CFOTC

Fig. 2. (a) XPS survey spectra and (b–f) high-resolution Ti 2p, O1 s, C 1s, Co 2p, and Fe 2p XPS spectra of CoFe₂O₄/TiO₂@C and TiO₂@C

Fig. 3. (a) XRD patterns of Ti₃AlC₂, Ti₃C₂, TiO₂@C, and CoFe₂O₄/TiO₂@C; (b) steady-state PL spectra of P25, CoFe₂O₄, TiO₂@C, and CoFe₂O₄/TiO₂@C (CFOTC); and (c) UV–vis DRS spectra of P25, TiO₂@C, and CFOTC; and (d) hysteresis loops of CFOTC and TiO₂.

Fig. 4. (a) Catalytic degradation efficiency of CFOTC under different conditions: effects of (b) photocatalyst dosage, (c) initial phenol concentration, (d) PMS concentration, (e) solution pH, and (f) inorganic anions and humic acids (0.2 mmol/L) on photocatalytic degradation efficiency (conditions: catalyst = 0.1 g/L 1-CFOTC; PMS = 0.8 g/L; pH = 7; phenol concentration = 40 mg/L).

Fig. 5. (a) EIS spectra of CoFe₂O₄/TiO₂@C (CFOTC) and TiO₂@C; (b) photocurrent responses of TiO₂@C and CFOTC in the presence and absence of PMS; (c) M–S diagram of TiO₂@C; Spin-trap spectra of (d) DMPO–·OH, SO₄^·−, (e) DMPO–·O₂⁻, and (f) TEMPO–¹O₂ in aqueous solutions.

Fig. 6. Synergistic photo-PMS mechanism of phenol degradation by CoFe₂O₄/TiO₂@C

Fig. 7. Proposed phenol-degradation pathways