氧空位丰富的S型异质结增强界面电荷转移与活性氧生成实现低功率LED光下四环素高效光催化降解

本研究针对传统光催化剂在低光强条件下效率不足的问题，通过构建氧空位丰富的CuO/硫代氨基脲（TSC）S型异质结体系，显著提升了界面电荷转移和活性氧（ROSs）生成能力。研究人员采用超声辅助法将植物源CuO纳米颗粒与三种TSC配体（STSC/VTSC/3-APTSC）复合，所得纳米复合物在LED弱光下对四环素的降解率最高达84%，抗菌活性提升2倍，并展现60%的DPPH自由基清除率。该研究为低能耗污水处理提供了新型光催化剂设计策略。

　　

在环境污染治理领域，传统光催化技术面临两大瓶颈：一是需要高能量紫外光源驱动，二是催化过程中电荷复合率高导致效率低下。尤其对于抗生素类污染物如四环素，常规处理方法往往存在能耗大、降解不彻底等问题。与此同时，金属氧化物纳米材料虽具有成本低、稳定性好等优势，但其窄带隙特性限制了光生载流子的有效分离。如何通过材料设计在低功耗条件下实现高效降解，成为环境催化领域的关键挑战。

印度勒克瑙Integral大学（国内惯例译名）的研究团队创新性地将植物提取合成的氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）与三种硫代氨基脲衍生物配体复合，构建出具有氧空位的S型异质结光催化体系。这项发表于《Surfaces and Interfaces》的研究表明，该复合材料在LED弱光条件下即可激发显著的催化活性，同时对多种病原菌表现出广谱抑制作用，为开发低能耗、多功能的污水处理材料提供了新思路。

研究团队采用超声辅助一锅法合成技术，以中国蒲葵（Livistona chinensis）叶提取物制备CuO NPs为基础，通过非共价键合方式与硫代氨基脲类配体（STSC/VTSC/3-APTSC）复合。利用UV-Vis、FT-IR、XRD、SEM-EDX等技术表征材料结构，通过DPPH法评估抗氧化活性，采用琼脂扩散法测试对金黄色葡萄球菌等四种病原菌的抑制效果，并以孔雀石绿为模型污染物进行光催化降解实验。

材料与方法
研究选用中国蒲葵叶提取物绿色合成CuO NPs，通过缩短回流时间至3-4小时优化了三种TSC配体的合成工艺，产率提升至90%。超声处理既控制颗粒尺寸在19-25nm范围，又实现了NPs表面与配体的非共价键合。

UV-Visible分析
光谱位移证实了CuO与配体的电子相互作用：STSC特征峰从340nm红移至386nm，VTSC从334nm蓝移至271nm，3-APTSC保持315→312nm微小位移。带隙计算显示复合后材料吸光范围拓宽，为可见光响应奠定基础。

结论
CuO/3-APTSC展现出最优异的综合性能：84%的染料降解率（较纯CuO提升47%）、60%的DPPH清除率，以及对革兰氏阴性菌的显著抑制效果。机理分析表明，配体中的硫氮原子与CuO形成电荷转移通道，氧空位促进ROSs生成，S型异质结结构有效抑制了电子-空穴复合。

这项研究的突破性在于：首次系统评估了三种TSC配体对CuO光催化性能的调控规律，证实超声辅助法可构建稳定的无机-有机界面；提出的"氧空位-S型异质结"协同作用机制，为设计低功耗光催化剂提供了新范式；开发的材料兼具环境净化与抗菌功能，在医疗废水处理领域具有应用潜力。研究团队特别指出，3-乙酰吡啶基配体因其独特的电子给体特性，在后续材料优化中值得重点关注。