近日，西安建筑科技大学交叉创新研究院修复生态学研究团队在光催化降解抗生素领域取得进展，以活化生物炭（ACB）为载体，通过水热反应联合化学共沉淀法研发了新型N,S共掺杂生物炭基Ag3PO4复合光催化剂（N,S-Ag3PO4@ACB），并尝试应用到去除高浓度的诺氟沙星（NOR），系统地探究了降解效果、多重环境因子影响、实际废水处理和降解路径，从而揭示了协同增强光催化的作用机制。相关研究成果发表在npj Clean Water上。
近年来，抗生素作为新兴污染物受到全球学者的关注。光催化是降解此类污染物最有效且有前景的技术之一，但传统光催化剂存在光生载流子快速重组的现象，这限制了光催化技术的推广应用。为了解决该难题，许多学者提出与碳材料复合构建异质结和吸附型增强光催化的策略，这对设计和开发新型光催化剂提出新挑战。目前，已有研究发现非金属或重金属元素掺杂能提升光催化活性，然而多种非金属元素共掺杂协同增强贵金属半导体催化的作用机制仍处于研究初期。
该研究构建的N,S-Ag3PO4@ACB本质为含有纳米Ag颗粒的Ag2S/Ag3PO4/ACB复合材料，且具有p-n异质结和Z-scheme型光生载流子转移模式。N、S共掺杂丰富了生物炭基复合材料的元素组成、表面官能团和缺陷，同时活化了介孔结构。该复合材料在200~800 nm全可见光段均有明显的吸收。共掺杂优化了该复合材料的导带与价带，通过电化学分析和光谱表征证实该复合材料能有效抑制光生载流子的重组，极大增强光催化效率。其对NOR有高效去除效果，还具有可重复利用性、光稳定性和在复杂环境下的抗干扰性。研究还发现尚未见报道的新降解中间体，其对喹诺酮类抗生素的降解过程起到承上启下的关键作用。这为非金属共掺杂协同增强贵金属半导体光催化机制指引新观点，完善相关理论，也为喹诺酮类抗生素的降解过程及新降解中间体提供关键数据，有助于推动低成本光催化技术的高效应用。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41545-024-00393-8
来源：中国科学报
