绿色环保型NiFe2O4@P掺杂g-C3N4纳米棒光催化剂高效降解四环素抗生素与纺织染料的研究

针对抗生素污染治理难题，研究人员通过绿色合成法构建NiFe2O4@P-g-C3N4（NFO@P-g-CN）异质结光催化剂，实现可见光下四环素（TC）降解率98.6%（速率常数0.0786 min?1），较纯NFO提升3.15倍，同步高效降解甲基蓝（MB）和孔雀石绿（MG）。该研究为废水处理提供了兼具高活性与磁回收性的新型解决方案。

　　

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。四环素（TC）作为广泛应用的人畜共用抗生素，因其代谢不完全、传统水处理效率低下，在环境中持续累积。更棘手的是，现有半导体光催化剂如TiO₂、g-C₃N₄（石墨相氮化碳）普遍面临可见光吸收不足、电子-空穴（e^--h⁺）复合率高、回收困难等瓶颈。如何设计兼具高效降解能力和可持续性的光催化材料，成为环境治理领域的关键挑战。

为此，研究人员创新性地将磁性镍铁氧体（NiFe₂O₄, NFO）纳米棒与磷掺杂g-C₃N₄（P-g-CN）复合，采用生态友好的木槿花提取物绿色合成法，构建了NFO@P-g-CN异质结光催化剂。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）等技术证实材料具有20-25 nm直径的纳米棒结构，紫外-可见漫反射（UV-DRS）显示其带隙显著收窄至2.25 eV。

关键实验技术
研究采用水热法合成NFO@P-g-CN，通过X射线光电子能谱（XPS）分析化学键合作用，电化学阻抗谱（EIS）评估电荷转移效率，光致发光谱（PL）验证e^--h⁺分离效果，并利用液相色谱监测TC降解动力学。

研究结果

1. 结构特性：FESEM显示NFO纳米棒均匀负载于P-g-CN片层上，TEM证实界面紧密接触。XRD显示NFO立方晶相与P-g-CN的（002）晶面共存。
2. 光催化性能：在可见光下，NFO@P-g-CN对TC的降解率达98.6%（60分钟），速率常数（0.0786 min^?1）是纯NFO的3.15倍，对MB和MG的降解率分别达95.2%和97.8%。
3. 机制分析：PL和EIS表明P掺杂与异质结协同作用抑制e^--h⁺复合，XPS证实Fe³⁺/Fe²⁺与P-N键促进自由基（·OH/O₂^?）生成。

结论与意义
该研究通过绿色合成构建的NFO@P-g-CN光催化剂，实现了抗生素与染料的高效协同降解，其创新性体现在：① 磷掺杂将g-C₃N₄带隙从2.7 eV降至2.25 eV；② NFO纳米棒的磁回收性解决催化剂分离难题；③ 植物提取物合成降低环境风险。这项工作发表于《Surfaces and Interfaces》，为开发低成本、可持续的水处理技术提供了新范式，尤其适用于制药废水与印染废水的深度净化。