氮掺杂碳量子点/二硫化钼复合材料的流水驱动压电-光催化协同降解土霉素：响应面优化与机制解析

针对传统抗生素处理方法能耗高、选择性差的问题，研究人员开发了氮掺杂碳量子点/二硫化钼（N-CQDs/MoS2 ）复合材料激活过碳酸钠（SPC）的压电-光催化体系，用于高效降解土霉素（OTC）。通过响应面优化，25分钟内降解率达99.52%，并揭示了h+ 、•OH和O2 •? 为主导活性物种。该研究为绿色能源驱动的抗生素降解提供了新策略。

　　

抗生素污染是当前环境治理的严峻挑战，尤其是土霉素（OTC）等难降解药物，因其高毒性和环境残留被列为新型污染物。传统高级氧化技术（AOPs）虽广泛应用，但面临能耗高、二次污染风险等问题。光催化技术受限于太阳能间歇性，而压电材料MoS₂
的机械能转化能力又因水流能量密度低难以充分激活。如何整合绿色能源驱动与高效催化成为研究难点。吉林省住房和城乡建设厅资助的研究团队通过氮掺杂碳量子点（N-CQDs）修饰MoS₂
，构建了流水驱动的压电-光催化协同体系，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用水热法合成N-CQDs/MoS₂
复合材料，通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜-能谱（SEM-EDS）和压电力显微镜（PFM）验证其结构。响应面法（RSM）优化显示，在OTC浓度10.68 mg/L、催化剂0.46 g/L、SPC 0.21 g/L条件下，25分钟内降解效率达99.52%。电子顺磁共振（EPR）证实h⁺
、•OH和O₂
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为关键活性物种，且降解产物生态毒性低。催化剂循环5次后效率仍保持96%。

材料与表征
XRD证实N-CQDs/MoS₂
保留了MoS₂
的六方晶相（JCPDS 37-1492），SEM显示N-CQDs均匀负载于MoS₂
纳米片，PFM测试表明氮掺杂显著提升了压电响应。

降解机制
压电效应与光催化协同促进载流子分离：水流应力诱导MoS₂
极化产生内置电场，N-CQDs加速电子转移至SPC生成自由基。EPR检测到•OH和O₂
^•?
信号，自由基捕获实验进一步验证其主导作用。

环境意义
该研究首次实现流水能-太阳能协同驱动OTC降解，为低能耗抗生素处理提供了新思路。N-CQDs的引入解决了MoS₂
压电活性不足的瓶颈，而SPC活化路径的阐明为多自由基协同体系设计提供了理论依据。

结论指出，N-CQDs/MoS₂
-SPC系统兼具高效性与环境友好性，其工业化应用有望推动水处理技术的绿色升级。作者Yi Jiang、Zhe Wang等强调，该策略可扩展至其他难降解污染物治理，符合可持续发展需求。