《Journal of Environmental Sciences》：Deciphering the synergistic role of 0D carbon dots in dual sensing and photodegradation of ciprofloxacin
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本研究以Elaeocarpus tuberculatus叶提取液为碳源，通过水热法制备碳点（ETCDs），其荧光量子产率达8.0%，检测限低至7.18 pM和1.44 nM，并证实ETCDs/ZnO纳米复合物在光照下15分钟内降解CIP达96%，为环保抗生素处理提供新策略。
阿努·罗斯·查科（Anu Rose Chacko）、里查·罗伊（Richa Roy）、比尼拉·K·科拉（Binila K Korah）、托马斯·亚伯拉罕（Thomas Abraham）、比娜·马修（Beena Mathew）
印度喀拉拉邦科塔亚姆（Kottayam）686560，普里亚达萨尼山（Priyadarsini Hills）邮政信箱，圣雄甘地大学（Mahatma Gandhi University）化学科学学院
摘要
碳点作为一种多功能纳米材料，因其可调的光物理和化学性质以及在各种高影响力领域的应用而迅速崛起。本研究探讨了通过一种环保的水热法使用Elaeocarpus tuberculatus叶提取物作为可持续碳源合成的碳点的电化学和光化学行为。所得到的碳点（ETCDs）表现出强烈的蓝色荧光、优异的水分散性、固有的生物相容性，以及8.0%的显著量子产率。这些ETCDs作为双模式传感器（荧光和电化学）有效地用于高选择性和高灵敏度地检测环丙沙星（CIP），分别实现了7.18 pM和1.44 nM的超低检测限。除了传感功能外，当嵌入ZnO纳米复合材料（ZnO/ETCD NCs）中时，ETCDs还显示出作为光催化剂的显著潜力，在阳光照射下15分钟内能够高效降解环丙沙星，去除率超过96%。这项开创性的工作揭示了源自叶子的碳点在痕量检测和辅助阳光降解环丙沙星方面的双重用途，为环境净化提供了一种绿色策略。
引言
技术的快速进步、国内基础设施的建设和工业发展往往是以牺牲环境完整性为代价的。水是维持生命的重要资源。然而，家庭、农业和工业部门对水的需求不断增加，严重影响了水质。最近的研究报告称，在各种环境介质中，包括地表水和地下水、土壤、沉积物和植物组织中普遍存在新兴污染物，特别是药物化合物（Baquero等人，2008年）。水污染对所有生命形式构成了严重威胁，因为它直接且立即破坏了水生生态系统及其依赖的生物。水体中的药物污染主要来自两个途径：制药工业废水的排放和未使用或过期药物的不当处理。在这些污染物中，抗生素尤其令人担忧。在水体和饮用水中频繁检测到高浓度的抗生素，凸显了传统水处理技术在去除这些持久性污染物方面的效率低下（Ahmed等人，2015年）。抗生素在环境中的持续存在促进了耐抗生素细菌和抗性基因的出现，这对生态完整性和人类健康构成了日益增长的威胁。这一担忧促使人们开发了多种先进的技术来检测和去除水环境中的抗生素（Li等人，2024年，2025年；Mathew等人，2025年）。环丙沙星（CIP）于1987年首次引入，属于氟喹诺酮类抗生素，由于其广谱抗菌活性而在畜牧业中最为常用。在水和废水中检测到的CIP浓度范围约为150 μg/L至21 mg/L（El-Shafey等人，2012年）。与其他抗生素类似，CIP具有毒性，并有可能在生物体内积累，从而带来生态和健康风险。由于排泄和不当处理，CIP经常在各种环境介质中被检测到。抗生素在这些意外且高浓度中的存在促进了耐抗生素微生物病原体的出现。因此，有效检测和消除这些污染物已成为全球优先事项。然而，传统的检测方法通常需要繁琐的样品预处理，并受到耗时程序和不足特异性的限制。已经开发了多种去除CIP的策略，包括高级氧化过程（AOPs）（Ma等人，2026年），如UV、H2O2和Fenton反应；使用活性炭、生物炭和功能化纳米颗粒等材料的吸附；以及电化学技术（Al-Buriahi等人，2022年；Ricky和Shanthakumar，2023年；Ma和Wang，2022年）。其中，结合吸附和光催化的混合方法显示出更高效的去除效果。因此，迫切需要依赖更简单仪器的创新方法来快速可靠地检测这些污染物。在这方面，光化学和电化学技术为传统方法提供了有希望的替代方案，具有高灵敏度、最小样品准备、低成本、可重复性和避免使用有害有机溶剂等优点（Nsibande和Forbes，2016年；Li和Zhu，2020年；Chacko等人，2025年）
从环境中消除污染物与其分析检测同样重要。在各种可用的方法中，光催化作为一种高效且可持续的方法，通过可见光驱动的光化学过程降解了广泛的有机和无机污染物。光催化是指材料在光能作用下的催化活性，其中催化剂与光能之间的协同作用促进了化学转化（Chen等人，2018年）。这是一种绿色方法，其中半导体型光催化剂在吸收能量大于其带隙的光时原位生成活性氧物种（ROS）。研究表明，含有碳材料的金属氧化物纳米复合材料在去除抗生素方面表现出显著效率（Mukherjee等人，2021年）。在各种金属氧化物中，二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒由于具有强光催化活性、高化学稳定性和无毒性质而被最广泛使用（Sun等人，2019年；Zhang等人，2016年；Ngom等人，2016年）。这两种材料都是宽带隙材料，需要紫外光进行光激发，这限制了它们在阳光下的效率，因为只有大约6%的阳光落在紫外范围内（Chen等人，2020年）。这一限制强调了开发能够利用更宽光谱的光催化剂的需求，无论是通过改变带结构还是设计新材料。在这方面，含有小于10 nm的碳点（CDs）的ZnO基异质结构已成为有前景的候选者。ZnO和CDs之间良好的能级匹配促进了界面处的有效电荷转移，从而抑制了电子-空穴复合，显著增强了可见光驱动的光催化活性（Baker和Baker，2010年）。
碳点（CDs）由于其广泛的光吸收、强的光致发光、高光稳定性、水溶性、低毒性和易于表面功能化，最近成为一类多功能的光催化和荧光纳米材料。由于这些出色的光学和物理化学性质，CDs被广泛用作抗生素检测的荧光探针（Mathew等人，2023年；Vijayan等人，2025年；Mousa等人，2023年），具有可调的发射特性、高灵敏度和优异的生物相容性。它们作为电子媒介和光敏剂的能力使它们在光催化中非常有效（Yusuf等人，2022年）。CDs在sp2碳核中表现出π–π*跃迁，在表面基团中表现出< />–π*跃迁，从而能够在紫外-可见光范围内吸收光。在光激发下，生成电子-空穴对，驱动氧化还原反应。通过掺杂增强其可调的荧光和灵敏度，也使它们非常适合传感应用（Ding等人，2022年）。
本研究报道了一种从Elaeocarpus tuberculatus叶子合成碳点（ETCDs）的简单水热方法（附录A方案S1）。这些ETCDs作为一种双功能纳米平台，通过荧光和电化学传感同时检测环丙沙星。与之前报道的CIP检测传感器（表1）相比，本方法表现出更高的灵敏度、操作简便性和多功能性，突显了其作为高效和多功能传感平台的潜力。此外，将ETCD与ZnO集成（附录A方案S1）显著增强了CIP在阳光驱动下的光催化降解活性。据我们所知，这是首次报道在单一多功能平台上成功集成碳点进行双模式检测和光催化降解CIP的案例。
部分摘录
Elaeocarpus tuberculatus碳点（ETCDs）的制备
从印度喀拉拉邦科塔亚姆的圣雄甘地大学花园收集了Elaeocarpus tuberculatus（俗称Bhadraksham）的成熟叶子。该植物物种在科塔亚姆的圣雄甘地大学生物科学学院得到了鉴定。收集的叶子用自来水彻底清洗后，再用蒸馏水清洗以去除表面杂质。随后，在遮阳处晾干叶子以消除剩余水分。
CDs是通过
反应温度和时间的优化
附录A图S1展示了反应温度和时间对荧光ETCD合成的影响。在不同反应时间（6至12小时）和温度（150至220°C）下评估了ETCD的量子产率（QY）。观察到ETCD的QY随温度升高而逐渐增加，在10小时时达到最大值。然而，当反应在200°C下延长至10小时时，QY有所下降。结论
本研究探索了一种新的方法，用于从Elaeocarpus tuberculatus叶提取物中合成低成本、环保且高量子产率的碳点，展示了它们作为先进传感和光催化应用的多功能纳米材料的潜力。这些源自叶子的碳点在双模式传感（荧光和电化学）中表现出优异的性能，能够选择性和超灵敏地检测环丙沙星，检测限低至7.18
CRediT作者贡献声明
阿努·罗斯·查科（Anu Rose Chacko）：概念化、方法论、资源、撰写——原始草稿。里查·罗伊（Richa Roy）：数据管理、可视化。托马斯·亚伯拉罕（Thomas Abraham）：数据管理、可视化。比娜·马修（Beena Mathew）：概念化、监督、项目管理、撰写——审阅与编辑。
未引用的参考文献
(An等人，2022年；Zhang等人，2023年)
CRediT作者贡献声明
阿努·罗斯·查科（Anu Rose Chacko）：撰写——原始草稿、资源、研究、数据管理、概念化。里查·罗伊（Richa Roy）：数据管理。比尼拉·K·科拉（Binila K Korah）：数据管理。托马斯·亚伯拉罕（Thomas Abraham）：数据管理。比娜·马修（Beena Mathew）：监督。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们衷心感谢喀拉拉邦科塔亚姆的圣雄甘地大学通过大学青年研究奖学金支持了这项研究。此外，我们还要感谢DST-SAIF提供先进仪器设施的使用权限。
