《Materials Chemistry and Physics》：Upcycling Waste Paper into Carbon Dot; AgI Composites for Efficient Pesticide Degradation
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光催化降解有机农药的研究中，采用废纸合成的碳点（CDs）与银碘化物（AgI）复合，通过增强电荷转移抑制电子复合，显著提升Thiram降解效率（97% in 150 min）。AgI-CD-10复合物表现最佳性能，同时实现废纸资源化与绿色环境治理的双重目标。
Bosely Anne Bose | Abhijit Saha | Ange Nzihou | Nandakumar Kalarikkal
印度喀拉拉邦科塔亚姆马哈特玛·甘地大学纯与应用物理学院，邮编686560
摘要
有机农药是持久性污染物，会在环境中积累，对生态系统和人类健康构成严重威胁，尤其是通过污染水资源。光催化降解为消除这些农药提供了一种可持续且高效的方法，为环境修复提供了绿色解决方案。在本研究中，我们报道了一种利用废纸合成碳点（CDs）并将其与碘化银（AgI）结合制备高效可见光光催化复合材料的可持续、环保的方法。来自废纸的碳点具有低成本、低毒性和优异的水溶性等优点。将碳点集成到碘化银中显著增强了电荷转移并抑制了电子-空穴复合。所得到的AgI-CD复合材料在150分钟内对农药噻虫嗪的降解效率达到了97%，其中含有10 wt%碳点的复合材料表现出最佳性能。这项研究不仅为废纸的回收利用提供了一条绿色途径，还展示了AgI-CD复合材料在有效环境修复方面的潜力。
引言
农药是广泛用于农业和畜牧业的化学制剂，用于控制害虫、杂草和植物疾病，从而保护作物生长并提高产量。这类制剂包括除草剂、杀虫剂、杀菌剂、灭鼠剂等[1]。全球每年生产约339万吨农药和杀虫剂，其中印度贡献了约61,702吨，这些农药被用于各种植物和动物[2]。尽管如此，这类化合物的使用仍不可避免地带来了一些环境问题，如空气、水和土壤污染。由于这些化合物具有非常稳定的化学性质，它们会在环境中长期存在。这些化合物的长期存在对生物体（包括人类）有严重影响。已知这些农药会对人类造成短期和长期的健康问题，包括头痛、呕吐、皮肤和眼睛刺激、恶心、疲劳、神经系统疾病、心理问题以及生殖异常等[3],[4],[5]。在实现农业和畜牧业高效生产的同时，我们也应确保环境的可持续性。
本研究致力于解决农业中使用的农药造成的水污染问题。为此，选择噻虫嗪（Thiram，四甲基硫脲二硫化物）作为模型污染物。噻虫嗪是一种有机磷农药，因其高效的害虫控制效果而受到农民的广泛认可。除了用于作物保护外，它还用作动物驱避剂。然而，噻虫嗪的摄入会对人体器官（如肾脏、肝脏、肠道和血管）产生不良影响，并可能导致严重的健康问题，包括皮肤和眼睛刺激以及由于释放硫化碳而引起的潜在肝脏损伤[6],[7]。为了去除水中的噻虫嗪，采用了基于银的化合物作为催化剂的光催化方法。近年来，光催化技术因其在绿色能源生产和环境修复方面的高效性和环境兼容性而受到广泛关注。特别是利用阳光作为照射源的方法越来越受到重视，因为阳光含有大量的可见光成分（约45%），为有机污染物的光催化降解提供了一种经济高效且可持续的方法[8],[9]。基于银的化合物在可见光下具有很强的催化活性，例如碘化银（AgI）、溴化银（AgBr）、三氧化二银（Ag3PO4）、四氧化三银（Ag3VO4）、二氧化银（Ag2O）、氧化铝银（AgAlO2）和六硅酸银（Ag6Si2O7）等[10]。在银卤化物中，碘化银（AgI）因其窄带隙（约2.80 eV）、优异的导电性和形成异质结的能力而特别值得关注，这些异质结有助于增强载流子分离。在本研究中，使用碘化银作为可见光响应型光催化剂，评估其在自然光照下降解噻虫嗪的效率。尽管碘化银具有优良的光学性质，但在光照下存在不稳定性，表现为Ag+被还原为金属Ag0，导致其耐用性和可重复使用性受限。通过制备复合材料，可以将光诱导的电子转移到较低的导带，有效抑制Ag+的还原，从而提高光催化剂的稳定性和性能[11],[12]。为了克服这些限制，人们广泛使用基于碳的光催化剂复合材料。在本研究中，将碳点引入碘化银基质中以增强其可见光催化性能。已经探索了多种从天然生物质前体合成碳点（CDs）的创新方法。我们选择废纸作为合成碳点的可持续且低成本的碳源。为了采用简单有效的方法开发复合材料系统，通过水热法将合适的化学物质与从废纸制备的碳点混合制备了碘化银。多项研究证实了碘化银-废纸衍生碳点系统的形成，并对其降解农药化合物的催化性能进行了广泛研究。
部分内容摘录
表征
采用多种技术对化合物及其作为催化剂的性能进行了表征。使用Rigaku Mini Flex X射线衍射仪分析了光催化剂的晶体结构，并使用Thermo Fisher Scientific-Nicolet iS50 FTIR光谱仪分析了复合材料的特征官能团。通过监测化合物的紫外-可见光谱研究了材料的带隙和催化行为。
材料
所有用于制备光催化剂的化学试剂（如硝酸银（AgNO3）和碘化钾（KI）均为分析级，未经进一步纯化即直接使用。废纸来自印度喀拉拉邦的当地商店。农药降解实验使用了从Merck购买的四甲基硫脲二硫化物。
碳点的合成
碳点是采用简单的水热法制备的。在典型的制备过程中，以2.5克废纸作为碳源...
XRD
图2中的XRD衍射图谱展示了碳点和AgI-CD复合材料的晶相特征。如图2(a)所示，在2θ=23.05°处观察到宽衍射峰，对应于石墨的(002)平面，表明合成的碳点具有非晶态[13]。该衍射峰与六方结构的碘化银（ICDD编号00-009-0374）的特征相符。碘化银的典型衍射峰出现在2θ=22.3°等位置...
光催化降解
图10(a)显示了含有碳点、碘化银（AgI）和AgI-CD复合材料的噻虫嗪溶液的C/C0曲线。单独使用碳点时，其光催化降解活性可忽略不计，表明碳点本身不具备足够的降解活性。而AgI-CD复合材料由于AgI和碳点之间的协同作用，表现出显著增强的光催化性能...
结论
总之，本研究成功制备了AgI-CD复合材料，并证明了它们作为高效光催化剂的潜力。详细的结构、光学和形态分析证实了碳点成功整合到碘化银中，从而增强了电荷转移和稳定性。在制备的样品中，AgI-CD-10复合材料在可见光下对噻虫嗪的降解效率最高，达到了97%。
CRediT作者贡献声明
Ange Nzihou：撰写、审稿与编辑、监督。
Nandakumar Kalarikkal：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调。
Bosely Anne Bose：撰写、原始草稿撰写、方法学设计、数据分析、概念构思。
Abhijit Saha：撰写、审稿与编辑、监督、资金获取。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Nandakumar Kalarikkal教授（博士）表示获得了原子能联盟科学研究部门的大学拨款委员会的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢UGC-DAE-CSR项目的财政支持（项目编号：UGC-DAE-CSR-KC/CRS/19/RC08/0485）。作者NK感谢塞尔维亚研究委员会（SERB）的CRG项目（项目编号：CRG/2021/001506）以及印度政府的创新计划和特别援助计划（SAP）的资助（项目编号：F.530/12/DRS/2009；F.530/13/DRS II/2016），以及学术和研究合作促进计划（SPARC）的资助（项目编号：P930、P1400、P1429、P1460），还有DST的纳米任务（Nano Mission）的资助。
