水是所有生命形式不可或缺的资源,但其质量每年都受到药物、纺织染料和杀虫剂等污染物的威胁[1]。纺织工业释放的染料由于其致癌、致突变和生态毒性而带来严重的生态危害[2,3]。甲基橙(MO)是一种偶氮染料,据报道会导致严重的健康问题,包括肺组织退化、心悸和呕吐[4]。乙酰氨基吡啶(ACT)是一种新烟碱类杀虫剂,因其高杀虫效率和选择性而在农业中得到广泛应用[5]。然而,其高水溶性(4.25?g/L)[6]及其在土壤中的移动性[7, [8], [9]]会导致水生环境的持续微污染。人类接触ACT与神经发育障碍、先天性心脏缺陷、记忆丧失和震颤有关[10, [11], [12], [13]],同时其对环境的影响也威胁着水生生物、土壤微生物群和有益昆虫[14, [15], [16]]。这些问题迫切需要开发有效的策略来去除受污染水体中的ACT和MO[17]。已经探索了多种方法来去除和/或降解这些污染物,包括氧化[18,19]、光催化[20,21]、混凝[22]、液-液萃取[23]、臭氧氧化[24]、吸附[25, [26], [27], [28]]、好氧降解[29,30]和纳滤[31, [32], [33], [34]]。其中,异相化学催化因其环保性、高效率、操作简便性以及在温和反应条件下进行的可行性而成为一种有前景的替代方案[35]。这种方法利用硼氢化钠(NaBH?)等还原剂快速降解有毒化学物质,并且与光催化相比更具经济性,因为它不需要昂贵的光源或大的带隙进行光激活[36]。
石墨碳氮化物(g-C?N?)是一种无金属的二维聚合物半导体,由通过氨基桥连接的三氮-三嗪单元组成,相邻层通过范德华力结合[37,38]。由于其适中的带隙、高机械强度、低成本以及出色的化学和热稳定性,g-C?N?在多种应用中受到关注,包括吸附、催化、纳米填料、传感和光电子学[37, [38], [39]]。它可以从尿素和三聚氰胺等丰富的含氮前体中容易合成,并且无毒,使其成为异相催化的理想候选材料[40]。基于g-C?N?的催化剂已成功应用于细菌灭活[41]、CO?还原[42]、化学污染物降解[43]、水分解[44]和传感器开发[45]。提高g-C?N?导电性和氧化还原效率的有效策略之一是将其与窄带隙半导体结合[46, [47], [48]]。氧化铜(CuO)纳米粒子特别有吸引力,因为它们天然丰富、成本低廉、催化活性高、带隙窄,适用于大规模应用[49]。当CuO掺入g-C?N?中时,不仅可以改善电荷分离和电子传输,还可以提供额外的活性位点,从而提升催化和传感性能。
在本研究中,通过简单的两步煅烧方法合成了CuO@g-C?N?杂化纳米片。第一步通过三聚氰胺的热缩合制备g-C?N?,第二步将CuO纳米粒子固定在其上。所得材料经过全面表征,并系统测试了其在不同催化剂和还原剂浓度下对NaBH?辅助降解MO和ACT的效果。此外,还研究了CuO@g-C?N?作为200–800?μM浓度范围内Cd2?检测的等离子体传感器的潜力。据我们所知,这是首次报道CuO@g-C?N?同时具备偶氮染料还原和新烟碱类杀虫剂还原的双重功能,以及对其Cd2?离子的选择性等离子体检测能力,从而提供了一个经济高效的多功能环境修复平台。