基于生物合成In2S3/g-C3N4异质结的卡马西平灵敏检测与光催化降解研究

本研究通过金藻提取物绿色合成In2S3/g-C3N4(GCN)异质结，构建了电化学传感器实现卡马西平(CBZ)0.0139μM高敏检测（回收率97.3-99.2%），并在阳光下实现98%降解。该工作为药物污染监测与治理提供了新型环保材料。

　　

卡马西平(CBZ)作为常用抗癫痫药物，其环境残留引发多重危机：人体过量摄入会导致头晕、视力模糊等副作用，而稳定的化学结构使其在水体中长期累积，通过食物链威胁生态系统。传统检测方法如高效液相色谱虽精准但操作复杂，现有降解技术又难以兼顾高效与环保。更棘手的是，全球约30%污水处理厂未能有效去除药物残留，导致CBZ在饮用水中的检出浓度已达μg/L级。如何实现CBZ的快速检测与绿色降解，成为环境科学与分析化学领域的重大挑战。

针对这一难题，新地平线工程学院的研究团队创新性地利用金藻(Chrysophyceae)提取物作为生物还原剂，通过水热法构建了In₂S₃/g-C₃N₄异质结材料。该工作首次将生物合成策略应用于此类异质结制备，同步实现了CBZ的电化学检测与光催化降解双重功能。研究成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，展示出"一材双效"的独特优势。

关键技术方法
研究采用水热法合成In₂S₃纳米颗粒，通过高温煅烧制备g-C₃N₄(GCN)，并利用藻类提取物介导形成异质结。采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征晶体结构与元素状态，紫外-可见漫反射光谱(UV-DRS)分析光吸收特性。电化学检测通过修饰玻碳电极(GCE)进行，光催化实验在模拟太阳光下完成，并借助液相色谱-质谱联用(LC-MS)解析降解路径。

研究结果

1. 结构表征
   XRD证实成功制备立方相β-In₂S₃（JCPDS 51-1159）与g-C₃N₄的复合结构。透射电镜(TEM)显示In₂S₃纳米颗粒均匀分散在GCN片层上，界面接触紧密。XPS谱图中In 3d_5/2和S 2p_3/2结合能位移证实异质结形成，UV-DRS显示复合材料可见光吸收边红移至550nm。

2. 电化学性能
   修饰电极在0.01-240μM范围内呈现线性响应，检测限低至0.0139μM（信噪比S/N=3），优于多数文献报道。实际样品检测回收率达97.3-99.2%，相对标准偏差(RSD)<2.6%。机理研究表明，异质结中电子从GCN向In₂S₃转移形成的II型能带结构，显著提升了电子传递效率。

3. 光催化降解
   在pH=7、催化剂40mg、CBZ浓度10mg/L优化条件下，异质结在太阳光下2小时内降解率达98%，分别是单一In₂S₃和GCN的2.3倍与3.1倍。LC-MS检测到羟基化、开环等中间产物，证实降解过程符合·OH自由基攻击机制。

结论与意义
该研究开创性地将生物合成策略应用于In₂S₃/GCN异质结制备，解决了传统化学合成的高能耗、高污染问题。材料兼具0.0139μM级超高检测灵敏度与98%光降解效率的双重功能，其核心优势在于：
1）藻类提取物中的生物分子同时作为形貌调控剂与稳定剂；
2）II型异质结促进光生载流子空间分离；
3）GCN的π共轭体系增强电子迁移率。

这项工作为药物污染物监测-治理一体化提供了新范式，其绿色合成理念对纳米材料规模化生产具有重要指导价值。未来通过调控异质结比例与表面修饰，有望进一步拓展其在环境监测与修复中的应用场景。