【转载】贵州大学张衡教授AFM|碱活化生物炭基S型异质结光催化降解吡虫啉
2026-03-02 浏览次数： 10
1月19日，贵州大学张衡教授在Advanced Functional Materials发表了题为：“Internal and External Cultivation: Unleashing the Potential of Carrier Kinetics to Boost Photocatalytic Water Purification”的研究论文，提出了了一种以KOH活化生物炭（KBC）为电子传输介质的新型KBC/CeO₂/Cd₀.₅Zn₀.₅S S型异质结（KCCZS），用于可见光催化高效去除吡虫啉。
随着现代农业的快速发展，传统高毒农药已逐渐被新烟碱类杀虫剂取代，后者成为当前害虫防治中最有效的杀虫剂。然而，其残留问题及环境污染日益凸显，其中吡虫啉是代表性污染物之一。近年来研究发现，吡虫啉因其高水溶性、环境累积性和持久稳定性，导致大量残留进入地表水系统，对蜜蜂、水生生物乃至人类构成威胁，并可能对后代产生长期影响。因此，高效降解吡虫啉已成为环境污染治理的迫切任务。在众多污染物去除技术中，光催化技术因其环境友好、资源丰富、可持续性强及绿色生态等显著优势脱颖而出，这主要得益于其以自然界丰富的太阳光作为唯一能量来源。光催化技术现已成为环境污染防治的前沿领域，这得益于可持续修复方案的范式转变。载流子行为与光催化性能密切相关，涵盖光激发下载流子的产生、扩散与复合，及其随后向催化过程活性位点的迁移。然而，传统半导体光催化剂有限的光吸收能力、较差的分离效率、光生载流子易复合及缓慢的电荷转移动力学，严重制约了其在环境修复中的应用效果。受自然界光合作用过程启发，构建多组分异质结构光催化剂，并同步调控电荷转移动力学以提升光生载流子利用效率，已被证明具有特别重要的意义。
本研究成功合成了一种以KOH活化生物炭（KBC）为电子传输介质的新型KBC/CeO₂/Cd₀.₅Zn₀.₅S S型异质结（KCCZS）。通过建立“表面活性位点-内建电场-优化载流子动力学”协同机制，实现了吡虫啉的快速去除。综合表征与密度泛函理论计算验证了“内外兼修”策略的有效性：光生载流子在异质结界面上通过内建电场实现空间高效分离，同时KBC作为“电子泵”持续供给电子，进一步增强了载流子生成与分离效率。在可见光照射下，10%KCCZS表现出卓越的吡虫啉去除性能（30分钟去除率99.4%），其速率常数达0.1521 min⁻¹，分别是CeO₂的23.0倍，并超越多数已有报道。此外，该催化剂在宽pH范围（3-11）、复杂水体基质（干扰离子/有机物）及多种有机污染物条件下均保持优异的净化性能。机理研究证实了光生载流子的有效利用及超氧自由基的主导作用。液相色谱-质谱分析结合综合毒性评估（计算毒理学与生物培养实验）阐明了吡虫啉降解路径及环境安全性。这种“内外兼修”策略从根本上改善了载流子动力学，不仅为未来异质结设计提供了创新视角，也为绿色可持续的水净化技术开辟了新道路。（转载自：环境工程与科学，2026-02-07）