第一作者：蒋龙波 副教授
通讯作者：蒋龙波 副教授
通讯单位：湖南大学
论文DOI：
10.1016/j.apcatb.2024.124881
本工作以葡萄糖酸亚铁为前驱体，通过一锅水热法绿色、简便地制备了铁掺杂碳量子点，并在光协同下活化PMS降解对乙酰氨基酚。淬灭实验和ESR信号表明，Fe-CDs/PMS/Vis系统成功诱导并形成了以h
+
主导的活性物种系统。通过计算吸附能、活化能以及态密度，Fe-CDs上的Fe
3+
位点被认为能够有效提高吸附能并降低SO
5
−•
的生成活化能，同时提高系统中h
+
的浓度，使得h
+
实现对活性物种生成的调控。
在大多数关于光催化剂激活PMS的研究中，光催化剂激活PMS的主要机制通常被认为是通过光生电子（e
−
）的活化和活性物种的生成。研究人员倾向于通过光生电子转移途径来解释自由基（如•OH和SO
4
•−
）和非自由基（如
1
O
2
、表面结合氧化物、表面结合自由基、电子转移和高价金属）的主导作用。然而，光催化活性物种生成过程中h
+
的作用却一直被忽视，关于光激活PMS系统中h
+
介导的活性物种产生机制的研究仍存在不足。h
+
在调控活性物种生成中的主导机制尚未得到重视。
本工作以光响应性能良好的铁掺杂碳量子点对h
+
的调控能力进行了研究，并通过ESR、淬灭实验、理论计算等手段深入研究了h
+
在调控活性物种生成中的主导机制。
Fig.
1
.
(a) Schematic graph of Fe-CDs and CDs. (b)
TEM images and (c) Lattice fringe of Fe-CDs. (d) TEM images and (e) Lattice
fringe of CDs. (f)−(h) EDS elemental mapping of Fe-CDs
. Copyright 2025, Elsevier Inc.
Fig. 2.
(a) XRD pattern, (b) FTIR spectra and (c) Raman
spectra of CDs and Fe-CDs. High-resolution XPS spectra of (d) C 1s and (e) O 1s
of CDs and Fe-CDs. High-resolution XPS spectra of (f) Fe 2p of Fe-CDs. (g) UV–Vis
diffuse reflectance spectra of CDs and Fe-CDs. (h) Time resolved fluorescence spectrum of CDs and Fe-CDs. Copyright 2025, Elsevier Inc.
Fig. 3.
(a) Photoluminescence
spectra of CDs and Fe-CDs. (b) Electrochemical impedance spectroscopy spectra
of CDs and Fe-CDs. (c) Mott-Schottky plots of CDs and Fe-CDs. (d) Energy band
structures of CDs and Fe-CDs. (e) Tafel slope of CDs and Fe-CDs. (f) Linear
sweep voltammetry curves of CDs and Fe-CDs under dark and light.Copyright 2025, Elsevier Inc.
以葡萄糖酸亚铁为前驱体，在反应釜200℃反应6 h后得到深绿色浑浊溶液，过滤透析48 h后形成深绿色的铁掺杂碳量子点。材料表征表明，Fe
3+
是Fe-CDs中Fe的主要存在形式，Fe-CDs具有良好的光响应性能和电子传递能力。
Fig. 4.
ACE degradation of (a) Fe-CDs and (b) CDs in different systems. Effect of
different dosage of (c) Fe-CDs, (d) PMS and (e) initial pHs on ACE degradation.
(f) Degradation on various contaminants by Fe-CDs/PMS/Vis system. (experimental
conditions:
[Fe-CDs]
0
= 12 μg/L, [PMS]
0
= 0.2 mM, [ACE]
0
= 15 μM, initial pH = 5.84; except indicated).
(g) Different oxidants in Fe-CDs/Vis systems on ACE degradation. ([PMS]
0
=
[H
2
O
2
]
0
= [PDS]
0
= [SPC]
0
=
0.2 mM, [Fe-CDs]
0
= 12 μg/L, [ACE]
0
= 15 μM, initial pH =
5.84.) Effect of different (h) cations and humic acid (HA) and (i) anions on
ACE degradation. ([Initial concentration]
0
= 10 mM) Copyright 2025, Elsevier Inc.
Fe-CDs/PMS/Vis系统具有良好的光催化降解性能，且表现出了良好的实际水体应用潜力。在20分钟内，Fe-CDs/PMS/Vis系统在16分钟内实现了ACE的100%降解效率，而CDs/PMS/Vis系统只能实现ACE 9.46%的降解效率。在不同催化剂投量、PMS投量、初始pH、氧化剂、离子环境、污染物的条件下，Fe-CDs/PMS/Vis系统表现出良好的处理效能。
Fig. 5.
(a) Quenching experiment. (experiment condition:
[MeOH]
0
= 300 mM, [IPA]
0
= 200 mM, [NaN
3
]
0
= 20 mM, [EDTA−2Na]
0
= [K
2
Cr
2
O
7
]
0
= [p−BQ]
0
= [AO]
0
= 10 mM, [DMSO]
0
= 30
mM). (b) Concentration and the conversion (η) of PMSO and PMSO
2
. (c)
Contribution of different reactive oxygen species (ROS) in Fe-CDs/PMS/Vis
system. ESR spectra of (d) TEMP−h
+
, (e) TEMP−
1
O
2
and (f) DMPO−•OH/SO
4
−•
adducts in CDs/PMS/Vis and
Fe-CDs/PMS/Vis system. Copyright 2025, Elsevier Inc.
淬灭实验和原位电子顺磁光谱（ESR）测试表明，h
+
是Fe-CDs/PMS/Vis系统的主导活性物种。同时，•OH和
1
O
2
也是系统的重要活性物种。高价铁淬灭实验和探针实验表明，高价铁参与了降解的过程，但并不作为系统的主要活性物种。
Fig. 6.
(a) Molecule structure of ACE. (b) Highest occupied
molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of ACE.
(c) f
+
, (d) f
−
, and (e) f
0
index isosurface on ACE molecule. (f) The electrostatic potential (ESP) distributions
of ACE. (g) Possible degradation pathway of ACE in Fe-CDs/PMS/Vis system.Copyright 2025, Elsevier Inc.
基于DFT和福井函数的理论计算，研究了ACE的分子结构、活性位点、副产物、HOMO-LUMO、静电势。结合HPLC-MS提出了四种可能降解路径，并使用毒性估计软件工具（T.E.S.T.）评估ACE及其转化中间体的毒性。
Fig. 7.
(a) Optimized modeling for CDs and Fe-CDs adsorption of PMS and generation
of SO
5
−•
. (b) The adsorption energies (E
ads
)
of CDs and Fe-CDs for PMS. (c) Possible pathways and required free energy for
CDs and Fe-CDs to adsorb PMS and generate SO
5
−•
. Density
of states and Fermi level of (d) CDs and (e) Fe-CDs. (f) Transient photocurrent
response spectra of CDs and Fe-CDs. (g) Determination of degradation efficiency
of Fe-CDs/PMS/Vis system under Ar, O
2
, and air conditions. (h) The proposed
mechanisms. Copyright 2025, Elsevier Inc.
与CDs相比，Fe-CDs生成SO
5
−•
所需的能量更低。考虑到SO
5
−•
的生成主要由h
+
介导，这表明Fe
3+
有利于降低SO
5
−•
的生成活化能从而有利于h
+
的主导。态密度（DOS）分析表明，Fe的掺杂显著降低了带隙，并作为缩短CB和VB的主要贡献者。这表明铁掺杂可以提高Fe-CDs的光吸收能力。此外，铁掺杂使Fe-CDs的费米能级（E
f
= −3.76 eV）相对于CDs（E
f
= −3.93 eV）向上移动，这增加了系统中h
+
的浓度，为h
+
的积累和利用提供了更强的动力，从而进一步促进了h
+
介导其他活性物种生成的趋势。
本研究报道了一种以FG为前驱体、采用简单一步法合成Fe-CDs的方法。基于表征和实验结果，h
+
激活HSO
5
−
可能是产生•OH和
1
O
2
的首要决定步骤。DFT计算分析结果表明，h
+
的主要作用归因于Fe-CDs上的Fe
3+
位点，这导致PMS的激活能比CDs低，从而促进h
+
与PMS的充分接触。Fe-CDs上的Fe
3+
位点通过可见光照射下的光诱导电子形成有效的铁循环，高效激活PMS。本工作中提出的Fe-CDs/PMS/Vis系统是一种有效的有机污染物降解过程，为高效激活PMS和以h
+
为主导的光催化过程提供了新的见解。
Longbo Jiang, Songru Xie, Haoyun Chen, Jinjuan
Yang, Xinyu Wang, Wenqin Li, Xin Peng, Zhibin Wu, Hou Wang, Jiajia Wang,
Xingzhong Yuan, Visible-light-promoted peroxymonosulfate activation for ACE
degradation: Overlooked role of photogenerated hole, Applied Catalysis B:
Environment and Energy, Volume 365, 2025, 124881, ISSN 0926-3373
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124881
https://authors.elsevier.com/a/1kBHg3Id%7Et8z6k
蒋龙波
，博士，湖南大学环境科学与工程学院副教授。主要从事环境功能材料的开发与应用，光催化，芬顿/类芬顿等高级氧化技术，污染水质净化及河湖湿地污染水环境修复的研究，并取得多项研究成果。入选2022年度科睿唯安全球“高被引科学家（Highly Cited Researchers
2022）”榜单，入选2020年全国博士后香江学者计划，入选全球顶尖前十万科学家榜单（2021），入选全球前2%顶尖科学家职业长期影响力榜单（2023）和全球前2%顶尖科学家年度影响力（Single year impact）榜单（2020, 2021, 2022，2023）。以第一作者或通讯作者身份在Advanced Functional
Materials, Applied Catalysis B: Environmental，Small，Chemical Engineering Journal，Journal of
Hazardous Materials等期刊发表SCI学术论文40余篇。7篇论文获评为ESI Hot Paper，15篇论文获评为ESI Highly Cited Paper。论文被引频次总计1万余次，SCI h-index 66。
谢松儒
，湖南大学硕士研究生，2022年于浙江工业大学毕业后加入湖南大学环境科学与工程学院蒋龙波老师课题组攻读硕士学位，主要研究方向为环境功能型材料应用于废水处理与资源化，目前在Applied Catalysis B: Environmental and Energy上发表1篇光催化高效降解新污染物相关论文。
课题组主页：
https://ee.hnu.edu.cn/info/1007/26657.htm
