非金属掺杂氮化碳/硫化铋异质结定向调控光生电子迁移高效降解双酚A的研究

【编辑推荐】针对水体中内分泌干扰物双酚A(BPA)的污染问题，研究人员通过水热法制备非金属元素(O/S/P)掺杂的g-C3N4-Bi2S3(xCN-BS)异质结光催化剂。氧掺杂OCN-BS在4小时内实现96%的BPA降解率，5次循环后活性保持88%，通过能带调控拓宽光吸收范围至200-1200 nm，同步解决铋溶解难题，为水处理光催化材料设计提供新范式。

　　

随着工业化进程加速，双酚A(BPA)作为聚碳酸酯和环氧树脂的关键原料，已在水体环境中广泛检出。这种内分泌干扰物即使在低浓度(120-300 mg/L)下也会对生态系统和人类健康构成威胁。传统处理方法如生物降解存在效率低、周期长等问题，而光催化技术凭借其绿色高效特性成为研究热点。然而，单一光催化剂普遍面临光生电子-空穴复合率高、可见光利用率有限等瓶颈。氮化碳(g-C₃N₄, CN)虽具有成本低、无毒等优势，但其宽带隙限制了光响应范围；硫化铋(Bi₂S₃, BS)虽具窄带隙优势，却存在光腐蚀和载流子快速复合的缺陷。如何通过材料改性实现"优势互补"，成为突破光催化技术应用壁垒的关键。

中国某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地将非金属元素掺杂与异质结构建策略相结合。通过水热法合成氧/硫/磷掺杂的g-C₃N₄与Bi₂S₃复合催化剂(xCN-BS)，系统探究了元素种类和掺杂比例对材料性能的影响。研究采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征晶体结构和形貌，通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析光吸收特性，结合电化学测试和自由基捕获实验揭示作用机制。

Morphology and crystal structure
SEM显示CN呈2 μm的均匀块状结构，BS颗粒有序分布在CN表面形成复杂界面。XRD证实成功构建异质结，掺杂未改变CN的典型层状结构但引起晶格畸变，这为电荷转移提供了通道。

Conclusion
5% OCN-BS对15 mg/L BPA的4小时降解率达96%，5次循环后活性保持88%。非金属掺杂使复合材料带隙变窄，光吸收范围扩展至200-1200 nm。异质结内建电场促进光生电子定向迁移至CN，既抑制了BS的光腐蚀，又通过·O₂^-和h⁺主导的氧化路径实现高效降解。

该研究通过"能带调控-界面工程"协同策略，不仅解决了BS稳定性差的行业难题，还为设计"一石二鸟"型环境功能材料提供了新思路。所开发的OCN-BS兼具低成本(原料为尿素和草酸)、易规模化(水热法)和高效稳定等优势，在工业废水处理领域展现出重要应用前景。研究揭示的异质结电荷转移机制，对开发其他污染物降解催化剂也具有普适性指导意义。