Photosynthesis-Inspired Porous ZnIn 2 S 4 /AgVO 3 @PVDF Photocatalytic Membranes with High Catalytic Performance and Broad-Spectrum Antibacterial Activity

材料科学 静电纺丝 光催化 催化作用 降级(电信) 异质结 多孔性 抗菌活性 化学工程 密度泛函理论 纳米技术 纳米纤维 环境污染 半导体 饮用水净化 光降解 可见光谱 膜技术
作者
Huilin Zhou,Longfei Xiao,Xueqing Zhou,Xiyan Song,Longxiang Shen,Wenyan Shi,Wenqian Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (44): 60437-60451 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.5c12044
摘要

To overcome ZnIn2S4’s limitations (narrow-visible-light absorption, rapid charge-carrier recombination, and low efficiency), this study designed photosynthesis-inspired ZnIn2S4/AgVO3 heterojunctions guided by density functional theory (DFT) calculations. Combined DFT and experimental analysis confirmed a chloroplast-like Z-scheme charge-transfer mechanism within the heterojunction. Photocatalytic technology was then integrated with membrane separation via electrospinning to fabricate porous ZnIn2S4/AgVO3@PVDF membranes, solving recovery and secondary pollution issues. Experimental results showed that the ZnIn2S4/AgVO3@PVDF photocatalytic membrane containing 30 wt % AgVO3─referred to as P-ZA30─degraded 93.97% of sulfamethazine (SMT) within 80 min, demonstrating excellent photocatalytic performance. Meanwhile, DFT calculations elucidated the SMT degradation pathway. In addition, the membrane exhibited broad-spectrum antibacterial properties against both Gram-positive bacteria (e.g., Staphylococcus aureus) and Gram-negative bacteria (e.g., Escherichia coli). These findings provide valuable guidance for the design of heterojunction materials, offer considerable experimental and theoretical support for understanding the catalytic mechanism of Z-scheme heterojunctions, and help in the develop of strategies for the treatment of antibiotic-contaminated wastewater.
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