新型Z型SrZrO3/ZnIn2S4异质结实现硝基唑类抗生素超快降解与高效产氢的双功能光催化应用

　　本期推荐一项突破性光催化研究：通过构建新型Z型SrZrO3/ZnIn2S4异质结（heterojunction），在8分钟内高效降解95%以上硝基唑类抗生素（metronidazole/ornidazole），同时实现5.97 mmol/g/h的H2演化速率和10.96 μmol/g/h的CO2还原能力。该研究通过卷积神经网络（CNN）精准预测降解效率（98.771%），并揭示了Z型电荷转移机制与抗生素降解路径，为水净化与清洁能源生产提供创新解决方案。

　　

Highlight

Sample preparation

所有化学试剂均直接使用无需进一步纯化。对于ZnIn₂S₄的合成，将0.7 g ZnCl₂、0.75 g硫代乙酰胺和3 g In(NO₃)₃加入70 mL去离子水中，磁力搅拌10分钟后转移至100 mL聚四氟乙烯反应釜，于120°C烘箱中反应10小时，通过化学反应Zn²⁺ + 2In³⁺ + 4HS^? = ZnIn₂S₄↓ + 4H⁺完成制备。

Heterojunction characterization

图2(a)的X射线衍射（XRD）图谱显示SrZrO₃的谱线与PDF#70–0283标准卡完全一致，在2θ = 31.2°、44.5°、55.3°、64.7°和73.3°处出现五个典型衍射峰，分别对应(112)、(220)、(204)、(400)和(116)晶面。ZnIn₂S₄的XRD图谱与PDF#72–1445匹配，其特征2θ衍射峰进一步证实异质结的成功构建。

Degradation process and toxic estimation

图S11展示了甲硝唑与奥硝唑光降解溶液的高分辨率质谱数据。根据质荷比（m/z）分析，图12推断了可能的降解路径：m/z = 172.0728对应分子式C₆H₉N₃O₃的甲硝唑母体化合物。光照触发光催化反应后，甲硝唑首先转化为Metro1中间体，并逐步通过脱硝基、羟基化和开环反应生成低毒性小分子产物。通过理论计算和大肠杆菌（Escherichia coli）生长实验评估了降解产物的生物毒性，证实异质结系统能有效降低抗生素的生态风险。

Conclusions

本研究通过将SrZrO₃引入ZnIn₂S₄水热合成体系，成功开发出新型ZnIn₂S₄/SrZrO₃-x异质结，其中ZnIn₂S₄/SrZrO₃–11为最优样品。X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和拉曼光谱等技术均证实异质结的形成。X射线光电子能谱（XPS）与紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）揭示了Z型电荷转移机制：SrZrO₃的导带（CB）电子与ZnIn₂S₄的价带（VB）空穴复合，从而促进电荷分离并保留强氧化还原位点。该材料在含硝基唑抗生素废水净化与清洁能源生产领域展现出巨大应用潜力。