层级双S型异质结光催化剂H-ZIF-67-C@NiCo-LDH@Ag2 S的构建及其在抗生素高效降解中的机理与应用

为解决抗生素污染导致的生态风险问题，研究人员通过溶剂剥离-水热法构建了层级双S型异质结光催化剂H-Z@NC@Ag2 S。该材料在中性pH下对诺氟沙星(NOR)和卡马西平的降解率分别达93.13%和95%，通过h+ 和?OH主导的氧化路径实现高效矿化，其独特的双S型电荷转移机制和界面电场效应为环境修复提供了创新解决方案。

　　

抗生素污染已成为全球性环境挑战。诺氟沙星等药物通过水产养殖和医疗废水进入生态系统，不仅诱发耐药菌扩散，更通过食物链威胁人类健康。传统处理方法存在效率低、二次污染等问题，而光催化技术虽能利用太阳能降解污染物，却受限于载流子复合率高、光谱响应窄等瓶颈。尤其对于结构复杂的抗生素，现有催化剂难以实现高效矿化。

中国国家自然科学基金资助的研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表成果，通过创新设计层级双S型异质结光催化剂H-ZIF-67-C@NiCo-LDH@Ag₂
S（H-Z@NC@Ag₂
S），成功突破上述技术壁垒。研究采用溶剂剥离结合水热法的合成策略，以ZIF-67-C为模板原位生长NiCo-LDH，再负载Ag₂
S构建三元体系。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电子自旋共振(ESR)等表征手段，结合密度泛函理论(DFT)计算，系统揭示了材料结构与性能的构效关系。

实验部分关键技术

1. ZIF-67碳化衍生策略：通过控温煅烧保留多面体笼状结构
2. 界面工程：水热法实现NiCo-LDH在ZIF-67-C上的外延生长
3. 能带调控：Ag₂
   S窄带隙半导体拓展可见光响应范围
4. 原位表征：同步辐射技术解析界面电荷转移路径

结构表征与形貌
透射电镜显示H-Z@NC@Ag₂
S呈现独特的空心纳米盒结构，Ag₂
S纳米颗粒均匀分布在花瓣状NiCo-LDH表面。XRD证实材料成功保留ZIF-67的(011)晶面特征峰，同时出现NiCo-LDH的(003)和(006)晶面衍射峰。比表面积测试表明，分级多孔结构使活性位点暴露率提升3.8倍。

光学与电化学性能
紫外-可见漫反射光谱显示复合材料吸收边红移至650 nm，带隙降至1.91 eV。莫特-肖特基测试证实双S型能带排列，界面内置电场强度达28.6 mV/nm。瞬态光电流响应表明，异质结使电荷分离效率提升至纯相Ag₂
S的5.3倍。

降解性能与机理
在pH=7条件下，H-Z@NC@Ag₂
S对20 mg/L NOR的65分钟降解率达93.13%，矿化度达85.81%。淬灭实验和ESR检测证实h⁺
和?OH是主要活性物种。LC-MS鉴定出7种中间产物，揭示去乙基化和哌嗪环开裂两条降解路径。DFT计算显示Ag₂
S的4d轨道电子注入NiCo-LDH的3d轨道，形成Z型电荷转移通道。

环境适应性
在含Cl^-
、HCO₃
^-
等复杂水体中，催化剂仍保持>85%的降解效率。连续6次循环后活性仅下降4.7%，溶出金属离子浓度低于WHO限值。

结论与意义
该研究通过精准调控H-Z@NC@Ag₂
S的电子结构，首次实现双S型异质结在抗生素降解中的应用。其创新性体现在：① 空心结构解决LDH层堆叠问题；② 双金属协同效应提升ROS产率；③ 界面电场驱动定向电荷分离。理论计算与实验验证的结合，为多组分异质结设计提供了范式。研究成果不仅为制药废水处理提供高效催化剂，更为复杂环境体系中污染物协同去除机制的探索开辟新思路。