建大新闻网讯    近日，交叉创新研究院修复生态学团队在抗生素废水高效降解方面取得重要进展，该研究工作以“Double Z-scheme biochar-based g-C₃N₄/Bi₂WO₆/Ag₃PO₄ nanocomposite for efficient removal of antibiotics and synergistic mechanisms”（双Z-Scheme型生物炭基g-C₃N₄/Bi₂WO₆/Ag₃PO₄纳米复合材料高效去除抗生素污染物及协同机制）为题，发表在Nature旗下期刊《Communications Chemistry》（《通讯•化学》，中科院一区TOP期刊，2025年公布影响因子为6.2）。石辉教授为本文通讯作者，青年教师王彤彤博士为论文第一作者兼通讯作者，西安建筑科技大学为该论文第一完成单位。

近年来，抗生素作为新兴污染物受到全球学者的关注。光催化具有节能环保、无二次污染等优势，成为去除此类污染物的重要技术之一。传统光催化技术虽具潜力，但受限于光生载流子复合率高、可见光利用不足、材料稳定性差等问题，难以满足实际废水处理需求。针对这一瓶颈，当前研究多聚焦于构建多组分半导体的复合体系，通过协同作用提升光催化性能；但多组分半导体与生物炭协同增强催化活性的研究仍未得到充分探索。本文以四环素、诺氟沙星和氯霉素为代表性抗生素类污染物，系统探讨了生物炭基复合材料的设计策略与协同催化机制。

本研究通过超声－球磨、水热合成与化学共沉淀三步法，率先构建了具有双Z-Scheme型异质结生物炭基复合光催化剂CN/Bi/Ag@ACB，其在200–800 nm紫外/全可见光区均表现出强吸收，禁带为1.91 eV。实验表明：该复合材料在光照120分钟对50 mg·L^-1的四环素几乎完全去除，降解速率为0.0351 min^-1是纯半导体的8.56-13.50倍。在实际废水中对四环素的去除率超过85.95%，并能同步去除诺氟沙星、氯霉素等抗生素；且在48小时内对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭菌率达99%。

该研究揭示复合材料通过双Z-Scheme结构高效分离光生载流子，促进·O₂⁻、h⁺和·OH等活性氧物种生成，其协同作用源于生物炭的表面官能团、环境持久性自由基、缺陷结构、杂原子掺杂和Ag的表面等离子体共振等多重增强效应。而且，生物炭可能具有助催化剂（半导体）属性，这与其所含石墨化碳和无定形碳比例以及制备工艺密切相关；生物炭吸收红外线产生的光热效益也增加了催化活性。该研究不仅为抗生素污染控制提供了高效稳定的新型催化材料，也深化了对生物炭在多组分半导体体系中“载体－功能组分”双重作用机制的理解，推动了碳基复合材料在环境催化领域的理论与应用创新。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s42004-026-01923-w

文字：王彤彤 王阳（交叉创新研究院）

编辑：陈莞苏