碳-钒酸铋杂化纳米复合材料：一种增强光催化与抗菌活性的创新策略

本研究针对水污染治理中光催化剂效率低、载流子复合快等问题，通过构建S-g-C3N4/BiVO4/MWCNTs直接Z型异质结，实现可见光下120分钟降解98%亚甲基蓝（MB），并展示22 mm抑菌圈（250 ppm）。该工作为环境修复和抗菌材料开发提供了新思路。

　　

随着全球水污染问题日益严峻，纺织、制药等行业排放的有机染料（如亚甲基蓝MB）对生态系统和人类健康构成严重威胁。传统处理方法效率低下，而半导体光催化技术虽能利用太阳能降解污染物，却面临载流子复合快、可见光响应不足等瓶颈。钒酸铋(BiVO₄)因其2.4 eV窄带隙成为研究热点，但其单一组分催化效率仍不理想。

为突破这一局限，来自沙特阿拉伯努拉公主大学的研究团队创新性地设计了一种碳-钒酸铋三元杂化纳米复合材料。通过水热法构建S掺杂石墨相氮化碳(S-g-C₃N₄)/BiVO₄/多壁碳纳米管(MWCNTs)直接Z型异质结，该材料在可见光下120分钟即可降解98% MB，对大肠杆菌的抑菌圈直径达22 mm（250 ppm浓度），相关成果发表于《Journal of Molecular Structure》。

研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，紫外-可见光谱(UV-vis)测定光吸收特性，扫描电镜(SEM)观察形貌，并通过光电流测试验证载流子分离效率。实验优化了MWCNTs掺杂比例（10%最佳）和催化剂用量（0.02 g/L），同时对比了二元与三元复合体系的性能差异。

Characterization
XRD证实成功合成单斜晶系BiVO₄（特征峰位于28.6°、30.5°），S-g-C₃N₄的(002)晶面衍射峰向低角度偏移，表明硫掺杂引起晶格膨胀。

XRD of BiVO₄, bulk S-g-C₃N₄, binary 10% and Ternary 10%
三元复合材料中MWCNTs的(002)峰强度减弱，说明其均匀分散于异质结中，TEM显示BiVO₄纳米片与S-g-C₃N₄纳米管紧密接触，形成有效电荷传输通道。

Conclusion
该研究通过硫掺杂和Z型异质结协同策略，使复合材料兼具强氧化还原能力和高效载流子分离效率。10% t-S-g-C₃N₄/BiVO₄/MWCNTS三元体系在90分钟对MB降解率达97%，较纯BiVO₄提升近3倍。抗菌实验显示，材料通过破坏细菌膜结构实现广谱抑菌。

这项工作的创新性在于：首次将MWCNTs的电子传导特性与S-g-C₃N₄/BiVO₄的Z型能带结构相结合，为开发多功能环境修复材料提供了新范式。未来可通过调控缺陷工程进一步优化性能，推动其在工业废水处理中的实际应用。