低成本CoS2/CdS复合光催化剂调控表界面结构促进抗生素高效降解

为解决抗生素污染水体治理难题，研究人员通过界面修饰策略构建了低成本CoS2/CdS复合光催化剂。该材料在18 W LED光源下可实现四环素（TC）完全降解（效率达100%），较单一CdS（18.5%）和CoS2（33.3%）显著提升，并证实CoS2作为电子中继站促进载流子分离。研究为开发高效、稳定的废水处理光催化材料提供了新思路。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。随着COVID-19疫情期间药物滥用加剧，四环素类抗生素在医疗、畜牧业的广泛使用导致其在水体中持续累积。这类物质不仅难以自然降解，还可能诱发耐药菌增殖，威胁生态系统和人类健康。传统污水处理技术对抗生素的去除效率低下，而半导体光催化技术因其绿色高效特性被视为潜在解决方案。然而，常用光催化剂如TiO₂存在可见光利用率低的问题，明星材料CdS虽具合适带隙却受限于载流子快速复合和光腐蚀缺陷。如何通过经济可行的策略提升CdS性能，成为环境催化领域的关键科学问题。

针对这一挑战，重庆人力资源和社会保障局项目支持的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表成果，提出通过廉价助催化剂CoS₂修饰CdS表界面的创新策略。研究采用X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）等技术证实CoS₂成功锚定在CdS表面，光电化学测试显示复合材料中光生电子可定向迁移至CoS₂，使载流子分离效率显著提升。在模拟太阳光下，该材料对四环素盐酸盐（TC）的降解率接近100%，且循环稳定性超过90%，同时对氧氟沙星（OC）也展现广谱降解能力。通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）和电子自旋共振（ESR）分析，研究揭示了?OH和?O₂^-自由基主导的降解路径。

【Results and discussion】
XRD图谱证实复合材料中CdS（PDF#6-314）和CoS₂（PDF#3-772）晶相纯净，HRTEM观察到CoS₂纳米颗粒均匀分散于CdS表面。光电化学测试显示复合材料的电流响应强度较单一组分提高3倍，荧光光谱表明载流子复合率降低67%。在18 W LED光源下，TC在100分钟内完全降解，表观速率常数是纯CdS的5.4倍。

【Conclusions】
该研究通过界面工程构建的CoS₂/CdS体系，首次阐明CoS₂作为电子中继站（electron relay station）的作用机制，其通过降低CdS导带（E_CB）电子转移势垒实现载流子高效分离。材料成本仅为贵金属修饰催化剂的1/20，且无需高能耗光源，为实际废水处理提供了兼具经济效益与技术可行性的解决方案。

这项工作的突破性在于：① 通过廉价的CoS₂替代贵金属助催化剂，破解了光催化材料成本瓶颈；② 界面调控策略显著抑制CdS光腐蚀，使循环稳定性达工业应用要求；③ 阐明的自由基降解机制为其他抗生素处理提供理论参考。研究成果对推动光催化技术从实验室走向工程化具有重要示范意义。