近日，浙江理工大學理學院化學系16級本科生張歡歡同學為第一作者發(fā)表研究論文“Enhanced photocatalytic performance of boron and phosphorous co-doped graphitic carbon nitride nanosheets for removal of organic pollutants”入選ESI-Hot Papers(熱點論文)。

　　作為學術(shù)影響力和學科評估的重要指標，ESI熱點論文(Hot papers)是指某學科領(lǐng)域最近兩年發(fā)表的論文在最近兩個月內(nèi)被引次數(shù)排在前0.1%以內(nèi)的論文，入選ESI？Hot Papers可以被看作是該領(lǐng)域被廣泛認可、最重要的學術(shù)文章之一。

　　在此次研究中，張歡歡和她的團隊在將硼元素(B)和磷元素(P)引入到氮化碳骨架的同時，通過形貌調(diào)控改善石墨相氮化碳的光催化活性，成功制備出一種名為硼、磷共摻氮化碳超薄納米片(BPCNNS)光催化劑。這種光催化劑對水體中抗生素殘留的降解去除表現(xiàn)出高的活性和耐久性。

　　抗生素作為治療疾病和促進生長的有效藥物被廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中。然而抗生素屬于難生物降解物質(zhì)，一旦造成污染，很容易在環(huán)境中富集，誘導病原細菌產(chǎn)生耐藥性。我國是抗生素生產(chǎn)大國，水體中的抗生素污染已經(jīng)嚴重威脅生態(tài)環(huán)境及人類健康。

　　光催化作為一種環(huán)境友好型的技術(shù)在廢水凈化領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注。但是傳統(tǒng)光催化劑仍存在著太陽光能利用率不足、光量子效率低下等問題。近年來，一種具有類似石墨結(jié)構(gòu)、無金屬成分的新型可見光催化劑—石墨相氮化碳，吸引了眾多研究者的關(guān)注。盡管進行了一些有益的嘗試，但氮化碳體相材料的光催化活性仍然較低。

　　而張歡歡團隊研究的光催化劑的運作原理是通過硼、磷元素在氮碳骨架上的共摻雜，改善氮化碳電子結(jié)構(gòu)，使催化劑在光激發(fā)下產(chǎn)生較高濃度的光生載流子；同時，通過形貌調(diào)控構(gòu)建超薄二維結(jié)構(gòu)，極大縮短催化劑內(nèi)部光生載流子擴散至催化劑表面的距離，提高催化劑表面光生載流子的濃度，并通過表面發(fā)生氧化還原反應將廢水中的抗生素等有機污染物降解為無害的小分子�？梢哉f，張歡歡團隊創(chuàng)新性地證明元素共摻雜和二維形貌調(diào)控對于光催化性能的協(xié)同增效作用。

　　“因為我們實驗室光催化方向的研究基本都是圍繞石墨相氮化碳展開的，指導老師董曉平為我們提供了課題的選擇。我們想多元素的共摻雜改善催化劑的電子能帶結(jié)構(gòu)與超薄二維的形貌調(diào)控，兩者的協(xié)同增效作用或許能進一步提升光催化活性，于是就進行了嘗試。”張歡歡說。

　　多次實驗測出優(yōu)秀性能

　　在實驗中，張歡歡團隊測試了合成的催化劑對去除包括土霉素和熒光染料的各種有機污染物的光催化性能，均表現(xiàn)出極高的活性和催化劑的穩(wěn)定性�！拔覀�人認為可以將這種光催化劑應用在多種不同有機廢水的處理方面，但其實際應用價值還有待進一步研究。”她表示。

　　在光催化測試中，張歡歡團隊在相同的測試條件下用不同的光催化劑進行對比實驗，以此評估BPCNNS樣品的光催化性能。以模型抗生素土霉素為例，BPCNNS樣品在120分鐘后去除約70%的土霉素，但其他光催化劑樣品在同樣的時間內(nèi)最多只能去除48%的土霉素。而在以熒光染料(Rhb溶液)作為染料模型的實驗中，BPCNNS樣品在最初的20分鐘內(nèi)去除了約70%的染料分子，并在60分鐘的照射后完全分解。并且，通過5次連續(xù)的測試發(fā)現(xiàn)，這種光催化劑的光降解效率都在70%至80%之間。這表明BPCNNS光催化劑有著更強、更有效和更穩(wěn)定的降解能力，可以有效分解各種有機污染物、抗生素和染料，有著較好的通用性。

　　目前，大多光催化劑距離實際應用仍有一些距離，BPCNNS樣品同樣如此。作為粉末光催化劑，BPCNNS樣品在回收問題上仍需完善。而如何在凈化廢水后回收粉末光催化劑是董曉平團隊一直以來的研究重點。

　　ESI是衡量一篇論文學術(shù)研究水平和國際影響力的重要指標，入選論文的第一作者多為博士和各高校老師。作為本科生，張歡歡將此次論文入選的原因歸于“運氣好”，她說:“我的成績其實一般，只是經(jīng)常去實驗室做實驗。這次論文更多是在董老師和團隊成員的幫助下一起努力完成的�！�

　　研究剛開始的時候，張歡歡極少接觸專業(yè)儀器，對處理數(shù)據(jù)和繪制圖表也是懵懵懂懂。經(jīng)過一年多的埋頭研究，重復不斷的實驗、不斷規(guī)范的圖表制作以及論文的撰寫與多次修改讓她的專業(yè)素養(yǎng)得以提高。在經(jīng)過指導老師五、六次的嚴格修改后，這篇論文才得以完成。細節(jié)是科研工作的重中之重，這是導師董曉平始終保持的教學態(tài)度。

　　這篇論文完成的過程，其實也是張歡歡一步步提高自己科研素養(yǎng)的過程，“希望自己能夠在自己喜歡的領(lǐng)域做出一些成績�！弊鳛檎憬�理工大學董曉平老師團隊的一員，每當她的課題研究有了階段性的成果，董曉平都會為她提供建設(shè)性的意見和幫助。最終，在董曉平和團隊成員的幫助下，這篇論文證明了二元元素摻雜和形態(tài)調(diào)節(jié)可以協(xié)同促進光催化活性。

　　董曉平團隊自2009年組建以來，一直致力于環(huán)境與能源應用方向的材料化學研究。迄今為止，在團隊已發(fā)表的SCI收錄論文100余篇中，本科生為第一作者的論文13篇，張歡歡正是其中一員。

　　通訊員 聶玉玲 本報記者 付曦地