碳点调控Z型g-C3N4/CdZnS异质结用于可见光高效降解四环素的研究

《Journal of Photochemistry and Photobiology》：Visible-light driven carbon dots modulating Z-scheme g-C 3N 4/CdZnS heterojunction for efficient photocatalytic degradation of tetracycline

本研究成功构建了碳点（CDs）修饰的Z型g-C3N4/CdZnS异质结光催化剂（g-C3N4/CDs/CdZnS），通过CDs作为电子介体重构电荷转移路径，显著提升了光生载流子分离效率并强化了氧化还原能力，在80分钟内实现了93.4%的四环素（TC）降解率，为抗生素污染治理提供了创新性解决方案。

　　

材料

柠檬酸一水合物、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA-2Na）、乙二醇和异丙醇（IPA）购自西陇化工有限公司。醋酸镉二水合物（Cd(CH₃COO)₂·2H₂O）、硫脲、硝酸银（AgNO₃）、5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DMPO）、一水合柠檬酸和醋酸锌二水合物（Zn(CH₃COO)₂·2H₂O）购自麦克林化学有限公司。盐酸四环素由国药集团化学试剂有限公司提供。所有化学试剂均为分析纯，无需进一步纯化即可使用。实验用水为超纯水。

光催化剂的表征

Z型g-C₃N₄/CCZS异质结通过简单的多步制备工艺实现（图1a），巧妙融合了g-C₃N₄的丰富活性位点、CDs的高效光生电荷传输能力以及CdZnS的强可见光吸收特性。首先通过热聚合法和热解法分别制备蜂窝状g-C₃N₄和CDs，随后采用水热法将CDs与CdZnS原位复合，最终通过超声辅助自组装构建三元异质结。该设计使CDs作为“电子桥梁”精准引导电荷沿Z型路径迁移，有效抑制电子-空穴复合，同时最大化保留体系氧化还原潜能。

结论

本研究通过理性设计成功构建了高效Z型g-C₃N₄/CDs/CdZnS异质结构，在四环素降解中展现出卓越的光催化活性。值得注意的是，CDs作为桥接组分不仅促进了界面电荷转移，还显著提升了光生电子-空穴对的分离与迁移能力，这通过综合光谱表征和密度泛函理论（DFT）计算得到了证实。