光电催化高效去除雷尼替丁：简易电极基底改性实现表面反应性提升与自由基/非自由基路径可控切换

本综述系统探讨了通过简易且低成本的光电极基底电氧化改性策略，构建ZnIn2S4/电氧化石墨毡（ZIS/E-GF）复合光电极，实现了水中雷尼替丁（RAN）的高效去除。研究揭示了该材料在0.1 V和0.9 V电压下可分别激活自由基（·O2-）和非自由基（1O2）主导的降解路径，其反应速率达未改性材料的10.56倍和7.50倍。密度泛函理论（DFT）计算表明改性显著降低能垒并增强表面反应性。该工作为复杂水体环境中自适应型高级氧化过程（AOPs）的设计提供了新思路。

　　

Section snippets

Experimental

所有关于化学品、表征方法和密度泛函理论（DFT）计算的详细信息均提供在补充材料中。

Characterization of photoelectrodes

扫描电子显微镜（SEM）分析清晰揭示了GF、E-GF、ZIS/GF和ZIS/E-GF的微观结构特征。如图1a所示，原始GF纤维表面光滑，石墨层间存在天然褶皱，这源于石墨的紧密堆叠。相比之下，E-GF（图1b）在高分辨率成像下显示出缺陷和褶皱。由于电氧化作用，石墨层发生剥离和卷曲。

Conclusion

本研究通过基底电氧化改性成功制备了ZIS/E-GF复合光电极，并深入探究了其在光电催化（PEC）过程中的光/电协同机制。综合表征结果表明，与GF相比，E-GF具有更优的亲水性，促进了ZIS在其表面的均匀生长。此外，基底改性不仅增强了复合材料的光吸收性能，还显著提升了其电子传输能力。

Environmental implication

雷尼替丁具有高转化生成N-亚硝基二甲胺（NDMA）的风险，这种强致癌物对生态系统构成严重威胁。本研究提出了一种简单、低成本且高效的电极其底改性策略，显著增强了材料的表面反应性，从而实现了雷尼替丁的高效光电催化去除。所制备的光电极具备在自由基主导和非自由基主导机制间切换的能力。

CRediT authorship contribution statement

Danxi Huang: 监督指导、资源保障、资金获取

Jiajun An: 初稿撰写、验证、软件、方法设计、实验操作、数据分析

Xudong Wang: 监督指导、资源保障、资金获取

Jin Wang: 监督指导、资源保障、资金获取

Rui Miao: 监督指导、资源保障、资金获取

Miaolu He: 监督指导、资源保障、资金获取

Lei Wang: 文稿审阅、资源支持、方法设计、资金获取

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系影响本研究报告。

Acknowledgements

本研究由国家重点研发计划（2022YFC2904300）、陕西省技术创新引导专项（2023GXLH-060）、陕西省高校青年创新团队（2023–2026）、陕西省教育厅重点实验室项目（23JS037）及陕西省关键技术攻关创新团队（2024RS-CXTD-51）资助。作者感谢计算平台对DFT计算提供的支持。