蛋壳源 CaBi LDH/Ag-gC3N4复合催化剂：开启可持续污染治理与光化学转化新征程

随着人口增长和工业化推进，抗生素污染、CO2排放及传统制氨耗能等问题凸显。研究人员合成 CaBi LDH/Ag-gC3N4复合催化剂，该催化剂可光催化转化 N2、CO2，降解抗生素，抗菌效果好，为环境治理和能源转化提供新途径。

　　

研究背景

在当今时代，人口的快速增长与工业化进程的高歌猛进，给我们的地球带来了诸多严峻挑战。水体中，抗生素等新兴污染物肆意泛滥。这些污染物凭借稳定的结构和多样的用途，在水环境中 “扎根”，常规的水处理手段对它们往往束手无策。它们不仅威胁着水生生态系统的平衡，还可能催生具有抗菌耐药性（AMR）的微生物，严重危及公众健康。

与此同时，在能源领域，化石燃料的过度消耗导致二氧化碳（CO₂）排放量大增，温室效应愈发严重。而传统的哈伯 - 博施法（Haber - Bosch technique）合成氨，虽有较高的转化率，却消耗大量能源和气体资源，贡献了全球约 1% 的年度 CO₂排放量。

面对这些难题，科研人员急需寻找一种新的解决方案。于是，利用太阳能驱动的光催化技术进入了人们的视野。光催化技术凭借其清洁、高效的特点，在环境修复和能源转化领域展现出巨大潜力。然而，传统常用的光催化剂二氧化钛（TiO₂）存在着只能在紫外线（UV）照射下才具有活性的缺陷，这极大地限制了它的实际应用。因此，开发新型高效的光催化剂迫在眉睫。

在此背景下，国外研究人员开展了一项极具意义的研究，致力于合成一种新型复合光催化剂，并探索其在污染治理和光化学转化方面的卓越性能，相关成果发表在《Catalysis Today》上。

研究方法

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过蛋壳煅烧获取钙源，将收集的蛋壳洗净、研磨后，在 900°C 煅烧 48 小时。接着，利用水热法合成 CaBi LDH，之后运用自组装技术，借助 CaBi LDH 和 Ag-gC₃N₄相反的 zeta 电位，成功制备出 CaBi LDH/Ag-gC₃N₄复合催化剂。此外，运用 X 射线衍射（XRD）技术分析催化剂的结晶性质。

研究结果

1. 催化剂的合成与表征：成功合成了 CaBi LDH/Ag-gC₃N₄复合催化剂。XRD 分析显示，该催化剂具有尖锐的衍射峰，表明其结晶性良好。这意味着在制备过程中，材料内部的原子排列有序，为其优异的性能奠定了基础。
2. 光催化转化性能：在可见光照射下，该复合催化剂展现出令人瞩目的光催化转化能力。它能将氮气（N₂）转化为氨气（NH₃），45 分钟时 NH₃浓度可达 84.02 μmol/L；还能将二氧化碳（CO₂）转化为有价值的烃类衍生物，如 4 小时时乙醇（C₂H₆O）浓度约为 350 μmol/L，甲醇（CH₃OH）浓度约为 118.2 μmol/L。
3. 光催化修复性能：该复合催化剂对环丙沙星（CPF）具有出色的光催化降解能力。在 LED 光照射下，能有效去除水中的 CPF，这为解决水体中抗生素污染问题提供了新的可能。
4. 抗菌性能：CaBi LDH/Ag-gC₃N₄复合催化剂对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）两种病原体表现出显著的抗菌效果，这对于保障水体卫生和生物安全具有重要意义。

研究结论与讨论

研究人员成功制备了蛋壳源 CaBi LDH/Ag-gC₃N₄复合催化剂，该催化剂在光催化转化、光催化修复和抗菌等方面表现卓越。它不仅能够将大气中的 N₂和 CO₂转化为有价值的化合物，还能高效降解水中的抗生素污染物，并抑制有害病原体的生长。

这一研究成果意义重大。在环境修复方面，为解决水体抗生素污染和大气 CO₂减排提供了创新的解决方案；在能源领域，为可持续的氨合成开辟了新途径。同时，该研究也为开发基于生物废弃物的高效光催化材料提供了新思路，推动了光催化技术在环境和能源领域的进一步发展，有望在未来大规模应用中发挥重要作用，助力实现人类社会的可持续发展。