近日，浙江理工大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系16級(jí)本科生張歡歡同學(xué)為第一作者發(fā)表研究論文“Enhanced photocatalytic performance of boron and phosphorous co-doped graphitic carbon nitride nanosheets for removal of organic pollutants”入選ESI-Hot Papers(熱點(diǎn)論文)。

　　作為學(xué)術(shù)影響力和學(xué)科評(píng)估的重要指標(biāo)，ESI熱點(diǎn)論文(Hot papers)是指某學(xué)科領(lǐng)域最近兩年發(fā)表的論文在最近兩個(gè)月內(nèi)被引次數(shù)排在前0.1%以內(nèi)的論文，入選ESI？Hot Papers可以被看作是該領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可、最重要的學(xué)術(shù)文章之一。

　　在此次研究中，張歡歡和她的團(tuán)隊(duì)在將硼元素(B)和磷元素(P)引入到氮化碳骨架的同時(shí)，通過形貌調(diào)控改善石墨相氮化碳的光催化活性，成功制備出一種名為硼、磷共摻氮化碳超薄納米片(BPCNNS)光催化劑。這種光催化劑對(duì)水體中抗生素殘留的降解去除表現(xiàn)出高的活性和耐久性。

　　抗生素作為治療疾病和促進(jìn)生長的有效藥物被廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中。然而抗生素屬于難生物降解物質(zhì)，一旦造成污染，很容易在環(huán)境中富集，誘導(dǎo)病原細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。我國是抗生素生產(chǎn)大國，水體中的抗生素污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境及人類健康。

　　光催化作為一種環(huán)境友好型的技術(shù)在廢水凈化領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注。但是傳統(tǒng)光催化劑仍存在著太陽光能利用率不足、光量子效率低下等問題。近年來，一種具有類似石墨結(jié)構(gòu)、無金屬成分的新型可見光催化劑—石墨相氮化碳，吸引了眾多研究者的關(guān)注。盡管進(jìn)行了一些有益的嘗試，但氮化碳體相材料的光催化活性仍然較低。

　　而張歡歡團(tuán)隊(duì)研究的光催化劑的運(yùn)作原理是通過硼、磷元素在氮碳骨架上的共摻雜，改善氮化碳電子結(jié)構(gòu)，使催化劑在光激發(fā)下產(chǎn)生較高濃度的光生載流子；同時(shí)，通過形貌調(diào)控構(gòu)建超薄二維結(jié)構(gòu)，極大縮短催化劑內(nèi)部光生載流子擴(kuò)散至催化劑表面的距離，提高催化劑表面光生載流子的濃度，并通過表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)將廢水中的抗生素等有機(jī)污染物降解為無害的小分子�？梢哉f，張歡歡團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地證明元素共摻雜和二維形貌調(diào)控對(duì)于光催化性能的協(xié)同增效作用。

　　“因?yàn)槲覀儗?shí)驗(yàn)室光催化方向的研究基本都是圍繞石墨相氮化碳展開的，指導(dǎo)老師董曉平為我們提供了課題的選擇。我們想多元素的共摻雜改善催化劑的電子能帶結(jié)構(gòu)與超薄二維的形貌調(diào)控，兩者的協(xié)同增效作用或許能進(jìn)一步提升光催化活性，于是就進(jìn)行了嘗試。”張歡歡說。

　　多次實(shí)驗(yàn)測(cè)出優(yōu)秀性能

　　在實(shí)驗(yàn)中，張歡歡團(tuán)隊(duì)測(cè)試了合成的催化劑對(duì)去除包括土霉素和熒光染料的各種有機(jī)污染物的光催化性能，均表現(xiàn)出極高的活性和催化劑的穩(wěn)定性�！拔覀�(gè)人認(rèn)為可以將這種光催化劑應(yīng)用在多種不同有機(jī)廢水的處理方面，但其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值還有待進(jìn)一步研究。”她表示。

　　在光催化測(cè)試中，張歡歡團(tuán)隊(duì)在相同的測(cè)試條件下用不同的光催化劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以此評(píng)估BPCNNS樣品的光催化性能。以模型抗生素土霉素為例，BPCNNS樣品在120分鐘后去除約70%的土霉素，但其他光催化劑樣品在同樣的時(shí)間內(nèi)最多只能去除48%的土霉素。而在以熒光染料(Rhb溶液)作為染料模型的實(shí)驗(yàn)中，BPCNNS樣品在最初的20分鐘內(nèi)去除了約70%的染料分子，并在60分鐘的照射后完全分解。并且，通過5次連續(xù)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，這種光催化劑的光降解效率都在70%至80%之間。這表明BPCNNS光催化劑有著更強(qiáng)、更有效和更穩(wěn)定的降解能力，可以有效分解各種有機(jī)污染物、抗生素和染料，有著較好的通用性。

　　目前，大多光催化劑距離實(shí)際應(yīng)用仍有一些距離，BPCNNS樣品同樣如此。作為粉末光催化劑，BPCNNS樣品在回收問題上仍需完善。而如何在凈化廢水后回收粉末光催化劑是董曉平團(tuán)隊(duì)一直以來的研究重點(diǎn)。

　　ESI是衡量一篇論文學(xué)術(shù)研究水平和國際影響力的重要指標(biāo)，入選論文的第一作者多為博士和各高校老師。作為本科生，張歡歡將此次論文入選的原因歸于“運(yùn)氣好”，她說:“我的成績其實(shí)一般，只是經(jīng)常去實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。這次論文更多是在董老師和團(tuán)隊(duì)成員的幫助下一起努力完成的�！�

　　研究剛開始的時(shí)候，張歡歡極少接觸專業(yè)儀器，對(duì)處理數(shù)據(jù)和繪制圖表也是懵懵懂懂。經(jīng)過一年多的埋頭研究，重復(fù)不斷的實(shí)驗(yàn)、不斷規(guī)范的圖表制作以及論文的撰寫與多次修改讓她的專業(yè)素養(yǎng)得以提高。在經(jīng)過指導(dǎo)老師五、六次的嚴(yán)格修改后，這篇論文才得以完成。細(xì)節(jié)是科研工作的重中之重，這是導(dǎo)師董曉平始終保持的教學(xué)態(tài)度。

　　這篇論文完成的過程，其實(shí)也是張歡歡一步步提高自己科研素養(yǎng)的過程，“希望自己能夠在自己喜歡的領(lǐng)域做出一些成績�！弊鳛檎憬�理工大學(xué)董曉平老師團(tuán)隊(duì)的一員，每當(dāng)她的課題研究有了階段性的成果，董曉平都會(huì)為她提供建設(shè)性的意見和幫助。最終，在董曉平和團(tuán)隊(duì)成員的幫助下，這篇論文證明了二元元素?fù)诫s和形態(tài)調(diào)節(jié)可以協(xié)同促進(jìn)光催化活性。

　　董曉平團(tuán)隊(duì)自2009年組建以來，一直致力于環(huán)境與能源應(yīng)用方向的材料化學(xué)研究。迄今為止，在團(tuán)隊(duì)已發(fā)表的SCI收錄論文100余篇中，本科生為第一作者的論文13篇，張歡歡正是其中一員。

　　通訊員 聶玉玲 本報(bào)記者 付曦地