协同给体-受体GQD@g-C3N4用于增强可见光下双酚A的光降解

《Chemosphere》：Synergistic donor-acceptor GQD@g-C 3N 4 for the enhanced photodegradation of bisphenol a under visible light

　　

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  通过超声剥离和石墨烯量子点（GQDs）接枝双重改性的 g-C₃N₄ 显著增强了可见光光催化活性。
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  CN 与 GQDs 之间的给体 - 受体相互作用促进了高效的电荷分离并抑制了复合。
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  MCNUGQD 降解双酚 A（BPA）的速率常数为 0.983 min^?1。
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  该光催化剂在实际水体基质中表现出优异的性能。

引言

新兴有机污染物在水环境中的广泛存在引发了人们对生态安全和人类健康感的严重关切。在这些污染物中，双酚 A（BPA）作为一种广泛应用于聚碳酸酯塑料和环氧树脂的工业化学品，由于产量高且具有持久性，已在表面水、废水和沉积物中被广泛检测到（Ma et al., 2019）（Ahmad et al., 2024）。BPA 被认为是一种内分泌干扰化合物，即使在低浓度下也能诱发生殖、发育和神经系统紊乱（Kataria et al., 2022）。常规水处理过程大多不足以完全去除和降解它。在此背景下，高级氧化过程（AOPs），如光催化过程，依赖原位生成高反应性活性氧物种（ROS）如羟基自由基（^●OH）、超氧自由基（^●O₂^?）和硫酸盐自由基，作为一种矿化难处理有机污染物的有力方法脱颖而出（Babu Ponnusami et al., 2023）（Andreozzi et al., 1999）。然而，TiO₂ 等传统光催化剂存在固有局限性，包括宽禁带和可见光利用效率低，而其他材料（如 CdS、ZnO）可能存在不稳定性或毒性担忧（Mishra and Sundaram, 2024）。

石墨相氮化碳（g-C₃N₄/CN）作为一种无金属聚合物半导体，由于其合适的禁带宽度（约 2.7 eV）、化学稳定性、低成本和可见光响应性，已成为一种有前途的光催化剂（Geleta et al., 2026），但它也存在一些固有缺陷（Bai et al., 2025）。为了克服这些局限性，已经探索了各种改性策略，如异质结构构建、缺陷工程、元素掺杂和形貌控制，旨在增强光吸收和电荷分离效率（Song et al., 2025）。特别是，给体 - 受体（D–A）体系的发展被证明在促进定向电荷转移和抑制复合方面非常有效，从而显著提高了光催化活性（Sun et al., 2022）。在这方面，石墨烯量子点（GQDs）由于其独特的量子限域效应、优异的导电性和可调的表面官能团，作为高效的电子受体受到了越来越多的关注（Sohal et al., 2023; Lin et al., 2024）。GQDs 与 CN 的整合可以通过形成 D–A 异质结构增强可见光吸收并促进界面电荷转移（Zhou et al., 2024）。

在本研究中，由于超声剥离已被用作增加表面积和暴露更多催化位点的有效策略（Lin et al., 2015），我们开发了一种结合水 - 甲醇超声剥离和 GQD 接枝的双重改性策略来克服 CN 的基本局限性。该方法不仅能增加表面积，还能缩短光生载流子的迁移距离，而引入的 GQDs 与剥离后的 CN 提供紧密的界面接触，促进电荷分离和界面电子转移。因此，这些改性对块状 CN 产生了协同影响，包括更薄且更可用的 CN 框架，以及在其表面分布的 GQDS，提供了额外的界面途径以抑制电子 - 空穴复合。合成的 MCNUGQD 光催化剂对 BPA 降解表现出显著增强的可见光光催化活性，并在各种水体基质中表现出优异的降解效率，其中超氧自由基发挥了关键作用。

章节片段

氮化碳（CNU）的合成

CNU 是通过热聚合法使用尿素作为前驱体合成的。具体而言，将 10 g 尿素放入带盖的陶瓷坩埚中，并在环境氛围下在马弗炉中加热。以 5 °C/min 的速率升温至 550 °C，保持 4 小时。热处理后，让炉子自然冷却至室温。收集生成的黄色固体，使用玛瑙研钵研磨成细粉，并且

表征

首先通过氮吸附 - 脱附分析评估了制备样品的纹理性质，相应的 Brunauer–Emmett–Teller（BET）表面积汇总在表 S1 中。原始块状 CN 表现出相对较低的比表面积，这与其层状且密集堆叠的结构一致。相比之下，MCNU 显示出表面积显著增加，证实了混合溶剂剥离策略的有效性

结论

成功通过甲醇 - 水超声剥离和 GQD 接枝合成了双重改性氮化碳光催化剂（MCNUGQD）。协同改性策略显著增强了表面积、富氧、可见光吸收和电荷分离，从而提供了优越的光催化活性。在最佳条件下，MCNUGQD 在 5 分钟内实现了 BPA 的完全去除，并在广泛的 pH 值范围内保持了高降解效率，

CRediT 作者贡献声明

Chen-Yu Lin：写作 - 审阅与编辑，写作 - 初稿，验证，方法论，形式分析，数据管理。Ashkan Miri：写作 - 审阅与编辑，写作 - 初稿，验证，形式分析。Yang-hsin Shih：写作 - 审阅与编辑，可视化，验证，监督，资源，项目管理，方法论，概念化。Yu-Chiang Chao：验证，软件，方法论，数据管理。Yutong Chen：验证，软件，方法论。

利益冲突声明

没有利益冲突需要声明。

致谢

作者感谢国家科学及技术委员会（NSTC 拨款编号 111-2221-E-002-084-MY3 和 114-2221-E-002-158-MY3）提供的财政支持。我们也衷心感谢台湾师范大学的罗佩轩（Pei-Hsuan Lo）小姐在 TRPL 分析方面的协助，以及台湾大学的李文玉（Wenyu Li）女士在 PL 分析方面的协助。我们还衷心感谢陈玉琪（C.-Y. Chien）/季思嘉（S.-J. Ji）小姐在NTU仪器中心的TEM/SEM/EDS实验方面的协助，

Chen-Yu Lin|Ashkan Miri|Yang-hsin Shih|Yu-Chiang Chao|Yutong Chen