新型Bi2S3/Ag/ZnS异质结高效光催化降解洛美沙星：性能与机制研究

针对水体中难降解抗生素污染问题，研究人员设计了一种新型Bi2S3/Ag/ZnS Z型异质结光催化剂，通过SEM、XPS等技术证实其可见光吸收与电荷分离能力提升，75分钟内实现93%洛美沙星（LMF）降解，兼具抗菌性能，为废水处理提供可持续解决方案。

　　

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论文解读

抗生素污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。第三代氟喹诺酮类抗生素洛美沙星（Lomefloxacin, LMF）因广谱抗菌特性被广泛使用，但其光毒性可引发视网膜变性等不良反应，且传统水处理技术难以有效清除。更令人担忧的是，LMF在环境中持久存在可能加速耐药菌产生，威胁生态与公共健康。当前，高级氧化工艺（AOPs）中的光催化技术虽能矿化污染物，但面临催化剂可见光利用率低、电荷复合快等瓶颈。

为解决这一难题，来自印度JSS高等教育与研究学院等机构的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表论文，创新性地构建了Bi₂S₃/Ag/ZnS三元异质结光催化剂。该材料通过Bi₂S₃的窄带隙（1.2-1.4 eV）实现可见光捕获，Ag纳米颗粒（NPs）的局域表面等离子体共振（LSPR）效应增强电子注入，ZnS的宽禁带（3.6 eV）提升稳定性，三者协同形成Z型机制，最终在75分钟内降解93%的LMF（25 mgL^?1），并展现出对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌活性。

关键技术方法
研究采用水热法合成海胆状Bi₂S₃微球，化学还原法制备Ag NPs，共沉淀法获得ZnS，通过SEM、XRD、XPS表征材料形貌与晶型结构，UV-Vis和PL光谱分析光学性能与电荷分离效率，自由基捕获实验验证活性物种（·OH和·O₂^?）作用机制。

研究结果

1. 材料表征：SEM显示Bi₂S₃呈直径6-8 μm的纳米线组装海胆结构，XRD证实三方晶系Bi₂S₃与立方ZnS的成功复合，XPS揭示Ag⁰的存在促进电子转移。
2. 光催化性能：优化比例（1:2:1）的复合材料在可见光下降解效率较单一组分提升2.1倍，中性pH条件效果最佳，循环5次后活性保持89%。
3. 机制分析：PL光谱显示复合物荧光猝灭率提高76%，证实Z型异质结有效抑制电子-空穴复合；ESR检测到·OH信号强度增强3倍，阐明降解主要依赖自由基途径。
4. 抗菌应用：复合物对E. coli和S. aureus的抑菌圈达14-18 mm，归因于Ag NPs的金属离子释放与光催化活性氧（ROS）协同作用。

结论与意义
该研究通过精准设计Bi₂S₃/Ag/ZnS Z型异质结，首次实现LMF的高效光催化降解与病原菌同步抑制。其创新性体现在：① 利用Ag NPs的LSPR效应拓宽光响应范围；② ZnS的引入稳定了光生载流子迁移；③ 海胆结构增加反应位点。这一成果为复杂水体中抗生素-病原体共去除提供了新材料范式，尤其适用于制药废水处理。作者Sneha Yadav等强调，未来可进一步优化太阳光驱动下的实际工程应用，并探索其对其他新兴污染物的普适性。