青年教师马冉在光催化降解新污染物方面取得系列进展

随着人类生活水平的提高和健康意识的增强，药物及个人护理品、抗生素、塑料等化学制品使用量逐年增加，这些化合物的过量使用与持续排放造成新污染物在环境中不断积累，已成为全球性棘手问题。其中，盐酸四环素（TCH）作为一种广谱性的抗生素，因其高毒性和稳定的化学结构被视为难降解污染物，对生态环境和人类健康造成严重的负面影响。而双酚A（BPA）是一种广泛用于合成酚类树脂、聚碳酸酯塑料、阻燃剂等的工业化合物。作为一种新兴的内分泌干扰物，BPA不仅会影响水生生物的繁殖和发育，还会导致人类的白血病和心血管并发症。太阳能驱动的光催化技术作为最前沿的高级氧化工艺之一，因其绿色、环保、能耗低和降解效率高等优点在新污染物去除方面备受关注。近期，我系青年教师马冉在制备高效、低成本的石墨相氮化碳（g-C₃N₄）基光催化剂及其去除新污染物领域取得系列研究进展，研究成果发表于国际著名学术期刊Journal of Environmental Chemical Engineering与Separation and Purification Technology上。

（1）快速电子转移驱动多孔Cu修饰g-C₃N₄吸附-光催化协同去除盐酸四环素

该研究首先通过一步煅烧法制备了新型多孔Cu修饰的g-C₃N₄（CuCN-x）材料，Cu的成功引入诱导表面形成Cu-N电荷转移键桥，实现了载流子的快速输运并延长了电子寿命。同时，表面阳离子-π效应和吸附位点的增加实现了盐酸四环素在材料表面的快速富集，从而有效地提高了污染物与活性物种的碰撞几率。最佳CuCN-2光催化剂在低能量LED可见光照射60 min后可以去除93.4%的盐酸四环素，并在较宽的pH范围内仍然具有良好的稳定性。此外，CuCN-2在近红外光下暴露120分钟后甚至可以去除90%以上的盐酸四环素，展现出良好的应用前景。

该成果以Modulating electron transfer in porous Cu-modified g-C₃N₄ for enhancing adsorption-photocatalytic synergistic removal of tetracycline hydrochloride为题发表在Journal of Environmental Chemical Engineering（2025, 13, 116421，DOI:10.1016/j.jece.2025.116421）。生态环境系青年教师马冉为第一作者，王洪杰教授为通讯作者，2022级研究生李春山主要参与该研究工作。该工作受到白洋淀流域生态保护与京津冀可持续发展协同创新中心的支持。

图1 CuCN-2光催化降解盐酸四环素示意图

（2）Bi-N键协同内建电场强化Z型g-C₃N₄/Bi₂S₃异质结光催化去除酚类化合物

在前期研究基础上，该研究制备了一种具有界面Bi-N键和扩大界面电场的新型Z型g-C₃N₄/Bi₂S₃异质结（CNBS），以调节电荷转移并促进酚类化合物降解。界面Bi-N键的形成不仅建立了快速的电荷转移通道，还显著降低了电荷传输能垒，甚至缩短了载流子迁移距离。同时，由Bi-N键引发的电荷密度重新分布极大地增强了内建电场，推动了界面电荷的定向转移。得益于界面Bi-N键和内建电场的协同作用，最优的CNBS-5在可见光照射40分钟后可实现近100%双酚A去除率，且光照150分钟后可去除约98%的2-氯酚。T.E.S.T软件和小麦生长抑制实验表明降解产物的毒性显著降低。其扩展的可见光范围、出色的抗阴离子干扰能力和在宽pH范围内的卓越适应能力凸显了其广阔的应用前景。

该成果以Bi-N bonds triggering enlarged interfacial electric field in Z-scheme g-C₃N₄/Bi₂S₃ heterojunction for boosting phenolic compounds photodegradation为题发表在Separation and Purification Technology（2025，377，134359，DOI:10.1016/j.seppur.2025.134359）。生态环境系青年教师马冉为第一作者，王洪杰教授为通讯作者，2023级研究生杨建旭主要参与该研究工作。该工作受到白洋淀流域生态保护与京津冀可持续发展协同创新中心的支持。

图2 Z型g-C₃N₄/Bi₂S₃异质结光催化降解机制