通过高压真空过滤法简便合成具有优异稳定性的二维Z型结构超薄硫掺杂g-C?N?-Tungsten氧化物复合材料，用于5-氟尿嘧啶（5-FU）的解毒作用

《Surfaces and Interfaces》：Facile Synthesis of Robust 2D Z-scheme Ultrathin Sulfur Doped g-C 3N 4 -Tungsten Oxide Composite by High Pressure Vacuum Filtration for 5-FU Detoxification

新型2D Z-scheme S-C3N4/WO3复合催化剂通过湿法浸渍结合高压真空过滤法制备，显著提升可见光下5-氟尿嘧啶（94%降解率，半衰期14分钟）和罗丹明B（99%降解率，半衰期9分钟）的降解效率，证实超氧自由基为主反应活性物种，同时验证了材料生物相容性和多污染物处理潜力。

　　
该研究聚焦于开发新型二维Z型杂化材料S-C3N4/WO3（简称WSCN）及其在光催化降解有机污染物中的应用。研究团队通过湿法浸渍结合高压真空过滤技术，成功制备了不同WO3负载量的WSCN复合材料，重点考察了其降解5-氟尿嘧啶（5-FU）和罗丹明B（RhB）的效能与机理。

研究首先系统评估了有机污染物的环境威胁。5-FU作为化疗药物，其水环境中残留量已从纳克级上升到微克级，具有显著的遗传毒性和致癌性。RhB作为染料工业的典型污染物，可导致肝肾功能异常和生殖系统损伤。传统处理方法如吸附和生物降解存在效率低、成本高等问题，而光催化技术因绿色环保、处理范围广等优势成为研究热点。现有半导体材料如TiO2、ZnO等虽能有效分解污染物，但存在可见光响应不足、电荷分离效率低、稳定性差等瓶颈。

基于此，研究创新性地构建了二维Z型杂化体系。该体系以硫掺杂的石墨相氮化碳（S-C3N4）为基质，通过表面工程将WO3纳米片定向负载，形成协同催化网络。通过调控WO3的负载比例（20%、40%、60%），发现当WO3占比为40%时，材料展现出最优性能：在可见光照射下，5-FU的降解效率达94%，半衰期仅14分钟，显著优于其他比例复合材料及单一催化剂。这一突破源于WO3与S-C3N4的异质结界面效应，形成Z型电子传输路径，有效抑制了光生载流子的复合。

研究团队采用多维度表征手段全面解析材料特性。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）显示，40%WSCN复合材料具有层状结构特征，WO3纳米片均匀覆盖于S-C3N4二维平面，形成二维异质结。原子力显微镜（AFM）证实S-C3N4基面厚度约3.2纳米，与WO3片层（厚度约1.5纳米）形成梯度分布，优化了光能捕获效率。X射线衍射（XRD）谱证实材料保持了S-C3N4的（002）晶面特征，同时检测到WO3的（020）晶面衍射峰，证实了杂化结构的形成。X射线光电子能谱（XPS）分析显示，硫掺杂显著提升了S-C3N4的氧化还原活性位点数量，同时WO3的氧空位特性增强了载流子迁移路径。

光催化性能测试表明，该复合材料对多种污染物展现出广谱降解能力。以5-FU为例，其降解动力学符合伪一级反应模型，速率常数k达0.04933 min?1，降解效率较纯S-C3N4提升3倍以上。更值得注意的是，该材料对RhB的降解效率达到99%，半衰期缩短至9分钟，显示出对多种有机污染物的协同处理能力。通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术，系统解析了降解中间产物，证实了活性氧物种（如·OH、O2?）的主导作用，其中超氧自由基（·O2?）贡献率达65%以上，这与异质结界面中电子跃迁能级差形成的氧化还原电位梯度密切相关。

热力学分析（TGA/DSC）显示，40%WSCN复合材料的热稳定性较纯S-C3N4提升32%，在500℃下仍保持结构完整，这为实际应用中的稳定性提供了保障。生物毒性测试采用商业种子进行，结果显示处理后的水溶液中种子萌发率较对照组提高18%-25%，证实该催化剂无生物毒性，符合绿色水处理要求。

该研究的创新性体现在三方面：首先，首次将WO3引入二维S-C3N4体系，通过Z型杂化构建高效光生载流子分离机制；其次，开发的高压真空过滤技术实现了纳米级异质结的精准构筑，材料比表面积达到328 m2/g，较传统制备方法提升40%；最后，建立了"掺杂-异质结-活性物种"联动的降解模型，为多污染物协同处理提供了新思路。

研究团队特别强调该技术的工程适用性。通过对比实验发现，当催化剂负载量超过40%时，虽然材料活性位点数量增加，但过多的WO3会形成团聚效应，反而降低光吸收效率。这为实际生产中催化剂配比提供了优化依据。此外，材料在可见光（λ＞420 nm）下的吸收强度提升2.3倍，光量子产率达8.7%，显著优于同类二维异质结材料。

该成果为解决制药废水、工业染料废水等复杂污染问题提供了新方案。研究显示，在60分钟可见光照射下，40%WSCN复合材料对RhB的降解效率达到99%，且未检测到明显二次污染物残留。这种高效、稳定、低毒的特性，使其在饮用水净化、工业废水处理等领域具有广阔应用前景。研究团队下一步计划探索该材料在重金属离子吸附和光热转化联用系统中的应用，进一步提升环境治理的综合性。

该研究不仅验证了二维Z型杂化材料在光催化领域的潜力，更通过系统工艺优化和机理阐释，为新型光催化材料的开发提供了可复制的技术路径。其核心贡献在于：1）建立"非金属掺杂-异质结界面-活性物种"的协同作用模型；2）开发出兼具高活性与高稳定性的制备工艺；3）证实超氧自由基（·O2?）在双污染物降解中的主导地位，为后续催化剂设计提供理论依据。这些成果对于推动光催化技术从实验室走向实际工程应用具有重要参考价值。