掺杂金属对尿素衍生g-C3N4光催化降解抗生素的影响：结构、光活性与降解机制

摘要： 金属掺杂是提升石墨相氮化碳（g-C3N4）光催化活性的有效改性策略。然而，g-C3N4前驱体与金属的相互作用常被低估，这会显著影响g-C3N4的形成过程与性能。本研究探究了金属元素（Na、K、Ca、Mg）对尿素衍生g-C3N4形貌、结构及光活性的影响。TEM和XPS结果表明，掺杂金属与尿素前驱体的相互作用促使尿素分子中的氧原子进入g-C3N4骨架。通过金属与结构氧原子的协同效应，掺杂型g-C3N4在可见光照射下表现出更强的抗生素光降解能力，这归因于其增强的光捕获能力和降低的电荷复合率。此外，掺杂金属对g-C3N4的能带结构和形貌呈现非均匀调控作用：g-CN-Na和g-CN-K体系同时产生超氧自由基和羟基自由基，而g-CN、g-CN-Ca和g-CN-Mg体系仅涉及超氧自由基。由此观察到恩诺沙星（ENR）的差异化光降解机制——g-CN、g-CN-Ca和g-CN-Mg反应体系主要攻击ENR的哌嗪基团，而g-CN-Na和g-CN-K通过额外攻击ENR的喹诺酮核心提供了新的光降解路径。本研究为深入理解g-C3N4的掺杂化学提供了新见解。