铅掺杂与异质结构协同调控增强硫化锌可见光催化降解盐酸四环素的性能研究

　　针对抗生素污染治理难题，研究人员通过Pb2+ 掺杂和CoWO4 异质结构建策略，开发出5% Pb-ZnS/8CoWO4 复合光催化剂。该材料在可见光下对20 mg/L盐酸四环素（TCH）降解率达84.9%，显著提升载流子分离效率，为宽禁带半导体改性提供新思路。

　　

随着工业发展带来的环境污染日益严重，抗生素类污染物如盐酸四环素（TCH）在土壤和水体中的残留对生态系统和人类健康构成重大威胁。传统污水处理技术难以有效降解这类持久性有机污染物，而半导体光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点。硫化锌（ZnS）作为经典光催化剂，虽具有结构稳定、载流子迁移快等优势，但其宽禁带（3.7 eV）特性导致仅能响应紫外光，且存在自氧化缺陷。如何通过材料改性拓展ZnS的光响应范围并提升催化效率，成为突破技术瓶颈的关键。

广东省自然科学基金等项目支持的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表成果，创新性地将铅离子（Pb²⁺
）掺杂与CoWO₄
异质结构建策略相结合，开发出高效可见光响应的复合催化剂。研究采用溶剂热法制备ZnS前驱体，通过阳离子交换引入Pb²⁺
，再沉积CoWO₄
构建II型异质结。利用X射线衍射（XRD）、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）等技术表征材料特性，通过光电化学测试和活性物种捕获实验揭示机制。

主要研究结果

1. 形貌分析：SEM显示5% Pb掺杂的ZnS（5%PZS）保持前驱体形貌但团聚度改变，CoWO₄
   负载后形成紧密界面接触。
2. 能带调控：Pb²⁺
   掺杂使ZnS带隙从3.58 eV降至3.28 eV，UV-Vis证实可见光吸收增强。
3. 催化性能：5%PZS/8CoWO₄
   （0.08 mmol CoWO₄
   ）对TCH的降解率较纯ZnS提升40.5%，TOC去除率证实高矿化能力。
4. 机理阐明：光电测试显示异质结具有最高e^-
   /h⁺
   分离效率，活性物种捕获表明•O₂
   ^-
   和h⁺
   起主导作用。

结论与意义
该研究通过杂质能级引入和界面工程协同作用，成功实现ZnS材料从紫外到可见光响应的跨越。提出的"掺杂-异质结"双功能改性策略，为宽禁带半导体设计提供普适性方案。实际应用中，材料在复杂水体环境（含Cl^-
、NO₃
^-
等离子）仍保持稳定活性，对推进工业废水处理技术具有重要价值。研究还发现CoWO₄
的p型特性与ZnS形成的内部电场可定向驱动电荷分离，这一发现为开发新型S型异质结光催化剂奠定理论基础。