镁掺杂与相工程协同优化MoS2/g-C3N4催化剂：可见光驱动类芬顿反应高效降解污染物

针对抗生素和染料等有机污染物难降解问题，研究人员通过水热法制备了镁掺杂2H/1T混合相MoS2/g-C3N4（Mg-MS/CN）杂化催化剂。该材料通过Z型电荷转移和镁活性位点协同作用，显著提升可见光吸收与ROS生成效率，对环丙沙星（CIP）和罗丹明B（RhB）的降解效率优于单一组分，为废水处理提供了新型高效光催化解决方案。

　　

随着医药和印染工业的快速发展，抗生素和有机染料污染物在水体中的累积已成为严峻的环境问题。环丙沙星（CIP）等抗生素即使在微量浓度下也可能诱导细菌耐药性，而罗丹明B（RhB）等染料则具有强致癌性。传统处理方法难以有效分解这些结构复杂的持久性污染物，亟需开发高效绿色的降解技术。

中国科学院上海应用物理研究所的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，创新性地将镁掺杂、相态调控和异质结构建三种策略相结合，开发出具有混合晶相结构的Mg-MS/CN催化剂。该材料通过2H/1T混合相MoS₂的协同作用拓宽光响应范围，镁掺杂稳定高活性1T相并创造更多硫空位，g-C₃N₄异质结则促进Z型电荷分离路径，最终实现可见光下H₂O₂活化效率提升和污染物高效矿化。

研究采用水热合成法制备系列催化剂，通过X射线衍射（XRD）和电子顺磁共振（EPR）表征材料结构，结合紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）和电化学测试分析光电性能，并选用CIP和RhB作为模型污染物评估降解效率。

材料表征结果显示，8%镁掺杂量的催化剂（8Mg-MS/CN）具有最优的1T相比例（41.7%）和最窄的带隙（1.78 eV）。光电性能测试证实该材料光电流密度达到纯MoS₂的3.2倍，电荷转移电阻降低67%。降解实验表明其在90分钟内对CIP和RhB的去除率分别达94.5%和98.3%，矿化效率超过80%。机理研究通过自由基捕获实验和EPR检测，证实•O₂^-、•OH、h⁺和¹O₂是主要活性物种，异质结界面形成的Z型电荷转移路径有效抑制了电子-空穴复合。

该研究通过多策略协同优化，突破了单一组分催化剂在可见光利用率和电荷分离效率方面的限制。Mg-MS/CN催化剂在宽pH范围（3-9）内保持稳定活性，且循环使用5次后效率仅下降7.3%，为实际废水处理提供了可靠方案。这项工作不仅为设计高效光催化剂提供了新思路，也为解决环境中难降解有机污染物问题开辟了新途径。