【摘 要】
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环境中病原菌过多和环境污染等问题严重影响人类健康,常见的病原体处理及污水检测方法通常存在效率低、范围窄、成本高等问题。目前,利用太阳能的光催化技术在杀灭病原微生物、促进伤口愈合,或构建光电传感器检测环境污染物方面已成为研究前沿,高效光催化材料是光催化领域的关键。g-C3N4是一种呈现石墨层状二维结构的半导体聚合物,在水的光解、有机污染物催化降解、二氧化碳还原和光催化抑菌等光催化的一系列领域中引起了
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环境中病原菌过多和环境污染等问题严重影响人类健康,常见的病原体处理及污水检测方法通常存在效率低、范围窄、成本高等问题。目前,利用太阳能的光催化技术在杀灭病原微生物、促进伤口愈合,或构建光电传感器检测环境污染物方面已成为研究前沿,高效光催化材料是光催化领域的关键。g-C3N4是一种呈现石墨层状二维结构的半导体聚合物,在水的光解、有机污染物催化降解、二氧化碳还原和光催化抑菌等光催化的一系列领域中引起了广泛关注。其合成成本低廉,无毒害无污染,具有较稳定物化性以及独特的电子能带结构,被认为是最具有前景的半导体材料。但由于g-C3N4存在光生电子和空穴易复合以及可见光利用率低等缺点,因此本论文在g-C3N4良好光催化性能的基础上对其进行改性并应用于光催化抑菌及光电传感。具体研究内容如下:（1）通过研磨煅烧制备清洁绿色的BiFe O3/g-C3N4复合材料并首次用于光催化抗菌,且进一步实现伤口愈合。通过精细调节BiFeO3和g-C3N4的比例,控制·OH和·O2-的生成量,实现高效抑菌效果。此外通过在光照下结合过氧化氢（H2O2）,催化过氧化氢的分解,促进抑菌性能。结合ESR监测和Mott-Schottky图分析,揭示了Bi Fe O3/g-C3N4抗菌活性的催化机理。体内外实验证明10%BFO/CN结合H2O2能有效促进裸鼠的抗感染和创面愈合。基于此,制备了Bi Fe O3/g-C3N4光电化学（PEC）传感器以有效促发H2O2的还原,从而实现对H2O2的检测。在可见光照射下,g-C3N4/Bi Fe O3PEC传感器对H2O2检测限达到2.015μM,是传统电化学方法的4.7倍。所提出的光电化学传感器获得了从2.99μM到0.03 M的H2O2校准曲线范围,具备优异的检测性能。此外,制备的传感器可检测实际纺织废水样品中的H2O2,为环境中活性物质的检测提供了一种新方法,在环境监测方面具有广阔的前景。（2）通过球磨和煅烧制备了Ru-P-C3N4单原子材料用于光催化抑菌和光电检测H2O2。发现Ru-P-C3N4对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有积极的抗菌作用,与H2O2结合时抑菌率可达99%以上,对于由金黄色葡萄球菌引起的裸鼠皮肤创口感染具有明显的治疗效果,通过能带结构分析发现,Ru-P-C3N4具有相较于g-C3N4和Ru-C3N4更短的带隙结构,有助于充分利用可见光,从而实现快速有效的电子迁移。以SA-Ru-P-C3N4为功能材料制备出PEC传感器可以实现对H2O2的高灵敏响应和宽检测范围。SA-Ru-P-C3N4获得了H2O2检测的宽线性范围（2.99μM-6.7 m M以及8.5m M-30 m M）,检测极限为2.99μM。此外,所制备的PEC传感器由于其高灵敏度的光电响应,可以实现对环境纺织水样中H2O2的定量检测。对g-C3N4进行改性所制备的BiFeO3/g-C3N4复合材料以及Ru-P-C3N4单原子材料具有良好的光催化性能,可在多个催化领域实现很好的应用。
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