镉(II)基配位聚合物光催化降解水体抗生素的性能与机制研究

研究人员针对水体抗生素污染治理难题，设计合成具有三维网络结构的Cd(II)基配位聚合物{[Cd2L(H2O)3]·H2O}n（1）。该材料在可见光下对硝基呋喃类抗生素（NFT/NFZ/FZD）降解率高达85-91%，经4次循环仍保持稳定结构，ESR证实·O2-和h+是主要活性物质，为水处理提供新型光催化剂。

　　

抗生素滥用导致的生态环境污染已成为全球性难题，尤其是医疗废水、养殖废水中残留的硝基呋喃类抗生素（如NFT、NFZ、FZD）难以被传统方法降解，对水生生态系统和人类健康构成严重威胁。这类抗生素具有强生物活性，易诱导细菌耐药性，而现有处理技术普遍存在效率低、能耗高、二次污染等问题。开发高效稳定的新型光催化材料，成为解决这一环境问题的关键突破口。

南阳师范学院（中国）的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表研究，通过溶剂热法成功合成具有三维网络结构的镉(II)基配位聚合物{[Cd₂L(H₂O)₃]·H₂O}_n（1）。该材料以2,6-双(3,5-二羧基苯氧基)吡啶(H₄L)为有机配体，单晶X射线衍射证实其属于单斜晶系P2₁/c空间群。光学测试显示2.35 eV的中等带隙使其具备可见光响应能力，在300 W氙灯（420 nm截止滤光片）模拟可见光下，30 mg催化剂对20 ppm NFT的80分钟降解率达91.32%，且循环4次后性能无显著衰减。

关键技术方法
研究采用溶剂热法合成配位聚合物，通过单晶X射线衍射解析结构，UV-Vis DRS测定光学带隙，ESR检测活性自由基，HPLC定量分析抗生素降解率，并利用PXRD验证材料循环稳定性。

研究结果

晶体结构描述
不对称单元包含两个Cd²⁺中心：Cd1呈七配位模式（六个配体O原子+一个水分子O原子），Cd2为六配位八面体构型（五个配体O原子+一个水分子O原子）。L^4-配体通过μ₄-η²:η²桥联模式连接Cd²⁺形成三维框架，其孔隙率通过PLATON计算达34.1%。

光催化性能
在优化条件下（pH=7，30 mg催化剂），1对NFT、NFZ、FZD的降解效率分别为91.32%、83.35%和85.06%。动力学分析显示符合准一级反应模型，速率常数k_NFT=0.0289 min^-1。自由基捕获实验证实·O^2-和h⁺起主导作用，ESR检测到明显的DMPO-·O^2-特征信号。

稳定性验证
循环实验后PXRD谱图未出现新衍射峰，元素分析显示Cd²⁺溶出量<0.5 ppm，证实材料结构稳定性。

结论与意义
该研究开创性地将Cd(II)配位聚合物应用于抗生素光催化降解领域，其三维网络结构不仅提供丰富的活性位点，π-π堆积作用还增强了光生载流子迁移效率。材料对硝基呋喃类抗生素的高效降解能力（>83%）和优异循环稳定性，解决了传统光催化剂易失活、难回收的痛点。通过阐明·O^2-/h⁺主导的降解机制，为设计新型抗生素降解材料提供了理论依据。这项工作由河南省高校科技创新人才计划（22HASTIT007）支持，相关晶体数据已收录于CCDC 2368452。