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四环素（TC）污染严重威胁生态环境与人类健康。研究人员制备 Cu/CDs/BiVO4三元核壳复合材料用于光催化降解 TC。CCB-2 复合催化剂降解效率达 96.8%，稳定性好。该研究为铋基材料用于环境净化提供新思路。
在现代社会，抗生素的广泛使用为人类健康和动物养殖带来了诸多益处。然而，四环素（Tetracycline，TC）的滥用却引发了严重的环境问题。TC 不仅在医药领域用于治疗各种细菌感染性疾病，还在畜牧业中大量使用以促进动物生长和预防疾病。但由于其使用后不能被生物体完全代谢，大量 TC 流入地表水、地下水和土壤等自然环境。在尼日利亚的地表水，TC 浓度竟高达 300 ng/L 。长期低剂量暴露在 TC 环境中，会诱导人体产生抗生素耐药性，还会对水生生物造成生态毒性影响。据统计，全球每年排放的四环素类抗生素超过 10000 吨 ，解决 TC 环境污染问题迫在眉睫。
光催化技术作为一种绿色且极具前景的环境净化手段，具有高效降解污染物和适应复杂环境的能力，备受关注。铋钒酸盐（BiVO4）是重要的半导体光催化剂，其禁带宽度约为 2.4 - 2.7 eV，能响应紫外线和部分可见光。但 BiVO4存在光生载流子复合率高的问题，限制了其实际应用中的光催化效率。为解决该问题，研究人员尝试了金属掺杂、形成异质结等方法 。碳点（Carbon dots，CDs）作为新型碳纳米材料，具有优异的光学性能、良好的电子传输能力和化学稳定性，能有效促进光生载流子的分离，提高光催化反应效率 。但 CDs 复合材料也存在一些缺陷，如表面活性基团不稳定，暴露在外时易被破坏，影响性能。为克服这些问题，构建核壳结构是一种有效策略，而铜纳米颗粒（Cu NPs）因其稳定性和导电性优势，有望成为理想的核材料。目前，Cu/CDs/BiVO4三元复合材料在光催化领域的研究较少，其电子转移机制和各组分功能也有待进一步明确。
在此背景下，研究人员开展了关于 Cu/CDs/BiVO4三元复合光催化剂降解四环素的研究。该研究成果对于解决环境中的四环素污染问题，推动光催化技术在抗生素污染治理领域的应用具有重要意义，论文发表在《Applied Catalysis A: General》。
研究人员在这项研究中主要运用了以下关键技术方法：通过水热法制备了 Cu/CDs/BiVO4三元复合光催化剂；采用 X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）等技术对催化剂的组成和微观结构进行分析；利用电子自旋响应检测确定光催化过程中的主要活性物质；借助理论计算和液相色谱 - 质谱（LC-MS）分析确定四环素的降解途径；通过自由基捕获实验和能带理论分析光催化降解机制。
XRD 分析
XRD 用于检测不同材料的晶相结构。结果显示材料具有高结晶度，BiVO4在 18.67°、28.68°、30.98° 和 47.02° 处的明显衍射峰，分别对应（101）、（112）、（004）和（204）晶面 。CDs 在 24.40° 处有主要信号，反映（100）平面 。在 Cu/CDs 中也能观察到 CDs 的信号。
光催化性能研究
研究人员以模拟太阳光照射下四环素的去除率评估制备催化剂的光催化性能。实验结果表明，CCB - 2 复合催化剂表现出最佳的光催化活性，在 CCB - 2 用量为 15 mg、pH 为 7、TC 浓度为 10 mg/L 的条件下，TC 的去除效率达到 96.8%，速率常数为 0.0353 min-1。
活性物质确定
通过电子自旋响应检测，确定?O2-和 h+是光催化降解四环素过程中的主要活性物质。
稳定性和循环性研究
循环实验表明，CCB - 2 复合催化剂具有出色的稳定性和可回收性，经过多次循环使用后，其光催化性能没有明显下降。
电荷转移和光催化机制研究
基于计算、能带理论和中间产物分析，研究揭示了光催化过程中的电荷转移途径。在三元复合材料中形成了内建电场，电子能够从内核的 Cu 轻松转移到中间层的 CDs，再转移到外层的 BiVO4。光照后，Cu/CDs/BiVO4复合催化剂实现了光催化载流子的有效分离，从而表现出优异的光催化性能。研究人员还通过理论计算和 LC - MS 分析确定了四环素的攻击位点，提出了降解途径，详细阐述了光催化降解机制。
研究成功合成了具有核壳结构的 Cu/CDs/BiVO4复合光催化剂。结构、形貌表征和电化学性能研究表明，BiVO4外壳保护了 Cu/CDs 内核，并显著抑制了光生载流子的复合。CCB - 2 复合催化剂在光催化降解四环素方面表现出高效性、稳定性和可回收性。该研究揭示了光催化过程中的电荷转移途径、光催化机制和降解途径，为铋基材料在环境净化领域的应用提供了有前景的策略，推动了光催化技术在应对抗生素污染挑战中的进一步发展，为解决环境中的四环素污染问题提供了新的有效方案。
