近日，我校生命科学学院青年教师练昕怡博士联合德国马克斯普朗克胶体与界面研究所国际著名材料学家Markus Antonietti教授团队与厦门大学伊晓东教授团队合作，以第一作者兼唯一通讯作者，在“多功能半导体异质结应用于新能源环境治理”领域取得重要进展。并在国际材料顶级期刊 Advanced Functional Materials (《先进功能材料》) 在线发表 “Rational Design of TaON/Potassium Poly(Heptazine Imide) Heterostructure for Multifunctional Environmental Remediation” (精准构建多功能氮氧化钽/钾聚庚嗪异质结在环境治理中的应用)的研究论文。

随着工业化的发展，含有重金属离子或抗生素等物质的废水对环境造成了无法避免的破坏性影响。六价铬 (Cr(VI)) 广泛地存在于皮革生产、金属抛光和摄影等行业的污水。由于其高溶解度、生物降解性差和致癌性，Cr(VI)对全球生态系统和人类健康构成威胁。此外，盐酸四环素(TC)是一种代表性抗生素，其代谢和降解不良导致细菌产生抗生素抵抗性，对生态和公共健康构成重大风险。

基于半导体的光催化技术被认为进行废水处理是一种清洁高效的处理技术。与此同时，太阳能驱动的光催化水分解已成为一种经济和环境友好的制氢方法。因此，开发高效的光催化系统，用于能源转换和包括抗生素降解在内的多种环境应用具有一定的研究意义。有基于此，本文报道了一种TaON/KPHI多功能半导体异质结。在低功率蓝光照射甚至自然阳光下，它可以在35分钟内有效降解17.5 ppm的Cr(VI)溶液，在60分钟内降解25 ppm的Cr(VI)溶液。H2的生成速率可达1099 μmol·h−1·gcat−1。此外，10 ppm的TC溶液可以在30分钟内有效降解为较小的分子。文章详细地研究了光还原过程中潜在因素的影响以及进行了自然光照射的真实服役可能性，通过对TaON/KPHI光催化剂形态和结构的全面表征，详细地阐明了半导体异质结内部电子转移与光催化机理，为半导体异质结在环境领域中的应用提供了可借鉴的意义。

TaON/KPHI光催化过程示意图

文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202403653

练昕怡博士师从厦门大学伊晓东教授和国际著名材料学家Markus Antonietti教授。主要研究领域为半导体异质结的开发在新能源领域的应用。目前就职于生命科学学院。