近日，浙江理工大学理学院化学系16级本科生张欢欢同学为第一作者发表研究论文“Enhanced photocatalytic performance of boron and phosphorous co-doped graphitic carbon nitride nanosheets for removal of organic pollutants”入选ESI-Hot Papers(热点论文)。
作为学术影响力和学科评估的重要指标，ESI热点论文(Hot papers)是指某学科领域最近两年发表的论文在最近两个月内被引次数排在前0.1%以内的论文，入选ESI？Hot Papers可以被看作是该领域被广泛认可、最重要的学术文章之一。
在此次研究中，张欢欢和她的团队在将硼元素(B)和磷元素(P)引入到氮化碳骨架的同时，通过形貌调控改善石墨相氮化碳的光催化活性，成功制备出一种名为硼、磷共掺氮化碳超薄纳米片(BPCNNS)光催化剂。这种光催化剂对水体中抗生素残留的降解去除表现出高的活性和耐久性。
抗生素作为治疗疾病和促进生长的有效药物被广泛用于医药、农业、畜牧业及水产养殖业中。然而抗生素属于难生物降解物质，一旦造成污染，很容易在环境中富集，诱导病原细菌产生耐药性。我国是抗生素生产大国，水体中的抗生素污染已经严重威胁生态环境及人类健康。
光催化作为一种环境友好型的技术在废水净化领域中受到广泛关注。但是传统光催化剂仍存在着太阳光能利用率不足、光量子效率低下等问题。近年来，一种具有类似石墨结构、无金属成分的新型可见光催化剂—石墨相氮化碳，吸引了众多研究者的关注。尽管进行了一些有益的尝试，但氮化碳体相材料的光催化活性仍然较低。
而张欢欢团队研究的光催化剂的运作原理是通过硼、磷元素在氮碳骨架上的共掺杂，改善氮化碳电子结构，使催化剂在光激发下产生较高浓度的光生载流子；同时，通过形貌调控构建超薄二维结构，极大缩短催化剂内部光生载流子扩散至催化剂表面的距离，提高催化剂表面光生载流子的浓度，并通过表面发生氧化还原反应将废水中的抗生素等有机污染物降解为无害的小分子。可以说，张欢欢团队创新性地证明元素共掺杂和二维形貌调控对于光催化性能的协同增效作用。
“因为我们实验室光催化方向的研究基本都是围绕石墨相氮化碳展开的，指导老师董晓平为我们提供了课题的选择。我们想多元素的共掺杂改善催化剂的电子能带结构与超薄二维的形貌调控，两者的协同增效作用或许能进一步提升光催化活性，于是就进行了尝试。”张欢欢说。
多次实验测出优秀性能
在实验中，张欢欢团队测试了合成的催化剂对去除包括土霉素和荧光染料的各种有机污染物的光催化性能，均表现出极高的活性和催化剂的稳定性。“我个人认为可以将这种光催化剂应用在多种不同有机废水的处理方面，但其实际应用价值还有待进一步研究。”她表示。
在光催化测试中，张欢欢团队在相同的测试条件下用不同的光催化剂进行对比实验，以此评估BPCNNS样品的光催化性能。以模型抗生素土霉素为例，BPCNNS样品在120分钟后去除约70%的土霉素，但其他光催化剂样品在同样的时间内最多只能去除48%的土霉素。而在以荧光染料(Rhb溶液)作为染料模型的实验中，BPCNNS样品在最初的20分钟内去除了约70%的染料分子，并在60分钟的照射后完全分解。并且，通过5次连续的测试发现，这种光催化剂的光降解效率都在70%至80%之间。这表明BPCNNS光催化剂有着更强、更有效和更稳定的降解能力，可以有效分解各种有机污染物、抗生素和染料，有着较好的通用性。
目前，大多光催化剂距离实际应用仍有一些距离，BPCNNS样品同样如此。作为粉末光催化剂，BPCNNS样品在回收问题上仍需完善。而如何在净化废水后回收粉末光催化剂是董晓平团队一直以来的研究重点。
ESI是衡量一篇论文学术研究水平和国际影响力的重要指标，入选论文的第一作者多为博士和各高校老师。作为本科生，张欢欢将此次论文入选的原因归于“运气好”，她说:“我的成绩其实一般，只是经常去实验室做实验。这次论文更多是在董老师和团队成员的帮助下一起努力完成的。”
研究刚开始的时候，张欢欢极少接触专业仪器，对处理数据和绘制图表也是懵懵懂懂。经过一年多的埋头研究，重复不断的实验、不断规范的图表制作以及论文的撰写与多次修改让她的专业素养得以提高。在经过指导老师五、六次的严格修改后，这篇论文才得以完成。细节是科研工作的重中之重，这是导师董晓平始终保持的教学态度。
这篇论文完成的过程，其实也是张欢欢一步步提高自己科研素养的过程，“希望自己能够在自己喜欢的领域做出一些成绩。”作为浙江理工大学董晓平老师团队的一员，每当她的课题研究有了阶段性的成果，董晓平都会为她提供建设性的意见和帮助。最终，在董晓平和团队成员的帮助下，这篇论文证明了二元元素掺杂和形态调节可以协同促进光催化活性。
董晓平团队自2009年组建以来，一直致力于环境与能源应用方向的材料化学研究。迄今为止，在团队已发表的SCI收录论文100余篇中，本科生为第一作者的论文13篇，张欢欢正是其中一员。
通讯员 聂玉玲 本报记者 付曦地
