石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是研究最为广泛的可见光光催化剂之一，但其光生激子解离能高、载流子复合严重等问题限制了其活性。近年来，缺陷工程，特别是引入氮空位，被发现能够有效调控g-C₃N₄的电子结构，在带隙中引入缺陷能级，减小带隙，并作为电子陷阱捕获光生电子，抑制其与空穴的复合。另一方面，亚硫酸盐（SO₃²⁻）是某些工业烟气脱硫废水中大量存在的副产物，通常需要额外的氧化处理。如果能在g-CN光催化过程中，利用其产生的活性氧物种将有毒的SO₃²⁻氧化为无毒的SO₄²⁻，同时利用该过程产生的活性自由基（如SO₃·⁻, SO₄·⁻等）协同降解水中的有机污染物，即可实现“以废治废”的效果。

  本研究制备的富含氮空位的Nv-CN，呈多孔纳米片结构，比表面积增大。XPS和EPR确认了氮空位的存在。在可见光照射下，单独Nv-CN对磺胺类抗生素的降解速率就远高于普通g-C₃N₄。而在加入微量Na₂SO₃后，降解速率进一步提升了一个数量级。自由基捕获实验和ESR分析证明，在Nv-CN/vis/SO₃²⁻体系中，·O₂⁻和¹O₂是主要的活性氧物种。亚硫酸盐的加入，不仅被空穴和·OH氧化，避免了空穴的浪费，还额外产生了具有强氧化能力的SO₄·⁻自由基。氮空位的引入，有效地捕获了光生电子并传递给表面吸附的O₂，促进·O₂⁻的生成，而空穴则被亚硫酸盐高效消耗，极大地促进了载流子的分离效率。该研究展示了一种通过缺陷工程和“变废为宝”的氧化路径双重策略，来大幅提升光催化活性的成功范例，为制药废水的深度处理提供了新的思路。

标签: