硫空位调控NiCo2 S4 球体高效活化过一硫酸盐降解诺氟沙星的研究

针对抗生素污染治理难题，研究人员通过水热法和H2 O2 氧化构建硫空位修饰的NiCo2 S4 -VS 催化剂，实现过一硫酸盐(PMS)高效活化，10分钟内诺氟沙星(NOR)降解率达88%。该研究为抗生素废水处理提供了新型缺陷工程催化剂设计策略。

　　

抗生素污染已成为威胁水生态安全和公众健康的重大环境问题。诺氟沙星(NOR)等氟喹诺酮类抗生素通过排泄进入水体后，可能诱导细菌耐药基因传播，而传统水处理技术对其降解效率有限。基于过一硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺(AOPs)虽能产生强氧化性活性氧物种(ROS)，但现有催化剂存在活性位点不足、电子传递效率低等问题。针对这一挑战，山东某高校团队在《Environmental Research》发表研究，通过缺陷工程策略设计出硫空位(V_S
)修饰的NiCo₂
S₄
球体催化剂，为抗生素深度降解提供了新方案。

研究采用水热法合成NiCo₂
S₄
前驱体，经H₂
O₂
氧化调控硫空位浓度获得NiCo₂
S₄
-V_S-x
系列材料。通过SEM/TEM表征形貌，XPS/EPR验证空位存在，电化学测试揭示电子转移能力，结合DFT计算阐明空位对PMS吸附的促进作用。

【Synthesis of NiCo₂
S₄
】
通过优化钴镍盐与硫脲摩尔比，采用乙二胺辅助水热法成功制备粒径3-5μm的球形NiCo₂
S₄
，其表面沟槽结构为后续空位工程奠定基础。

【Characterization of NiCo₂
S₄
-V_S-x
】
H₂
O₂
氧化处理后样品保持球形形貌但表面粗糙度增加，EPR检测到显著硫空位信号。XPS显示Ni²⁺
/Ni³⁺
和Co²⁺
/Co³⁺
氧化还原对比例变化，证实空位促进金属活性位暴露。

【Degradation performance】
NiCo₂
S₄
-V_S-0.7
/PMS体系在pH 5-9范围内10分钟降解NOR效率达88%，较未改性样品提升2.3倍。淬灭实验证实SO₄
^•-
和¹
O₂
是主要ROS物种。

【Mechanism investigation】
DFT计算表明硫空位使PMS吸附能降低0.47eV，电荷密度分布显示空位区域电子转移通道增多。电化学阻抗谱证实V_S
使电荷转移电阻降低68%。

该研究创新性地通过硫空位工程调控双金属硫化物的电子结构，解决了PMS活化过程中活性位点不足和传质限制等关键问题。NiCo₂
S₄
-V_S
催化剂在多种水质条件下保持稳定降解性能，为实际抗生素废水处理提供了可工业化应用的候选材料。作者Yukun Zhu团队指出，这种表面缺陷设计策略可拓展至其他过渡金属硫化物催化剂开发，推动AOPs技术在环境治理领域的深入应用。