新型復合光催化劑為抗生素降解提供新機制

近日，西安建筑科技大學交叉創新研究院修復生態學研究團隊在光催化降解抗生素領域取得進展，以活化生物炭（ACB）為載體，通過水熱反應聯合化學共沉淀法研發了新型N,S共摻雜生物炭基Ag₃PO₄復合光催化劑（N,S-Ag3PO4@ACB），并嘗試應用到去除高濃度的諾氟沙星（NOR），系統地探究了降解效果、多重環境因子影響、實際廢水處理和降解路徑，從而揭示了協同增強光催化的作用機制。相關研究成果發表在 npj Clean Water上。

近年來，抗生素作為新興污染物受到全球學者的關注。光催化是降解此類污染物最有效且有前景的技術之一，但傳統光催化劑存在光生載流子快速重組的現象，這限制了光催化技術的推廣應用。為了解決該難題，許多學者提出與碳材料復合構建異質結和吸附型增強光催化的策略，這對設計和開發新型光催化劑提出新挑戰。目前，已有研究發現非金屬或重金屬元素摻雜能提升光催化活性，然而多種非金屬元素共摻雜協同增強貴金屬半導體催化的作用機制仍處于研究初期。

該研究構建的N,S-Ag₃PO₄@ACB本質為含有納米Ag顆粒的Ag2S/Ag₃PO₄/ACB復合材料，且具有p-n異質結和Z-scheme型光生載流子轉移模式。N、S共摻雜豐富了生物炭基復合材料的元素組成、表面官能團和缺陷，同時活化了介孔結構。該復合材料在200~800 nm全可見光段均有明顯的吸收。共摻雜優化了該復合材料的導帶與價帶，通過電化學分析和光譜表征證實該復合材料能有效抑制光生載流子的重組，極大增強光催化效率。其對NOR有高效去除效果，還具有可重復利用性、光穩定性和在復雜環境下的抗干擾性。研究還發現尚未見報道的新降解中間體，其對喹諾酮類抗生素的降解過程起到承上啟下的關鍵作用。這為非金屬共摻雜協同增強貴金屬半導體光催化機制指引新觀點，完善相關理論，也為喹諾酮類抗生素的降解過程及新降解中間體提供關鍵數據，有助于推動低成本光催化技術的高效應用。

以活化生物炭（ACB）為載體，通過水熱反應聯合化學共沉淀法研發了新型N,S共摻雜生物炭基Ag3PO4復合光催化劑（N,S-Ag3PO4@ACB），并嘗試應用到去除高濃度的諾氟沙星（NOR），系統地探究了降解效果、多重環境因子影響、實際廢水處理和降解路徑。（課題組供圖）

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41545-024-00393-8