面对水体中日益复杂的“新兴污染物”(如药品、个人护理品),“光催化”技术因其强氧化能力而备受青睐。其中,“量子点敏化”技术通过拓展光响应范围显著提升了效率。在此前沿领域,“石灰石”因其独特的表面性质与结构,正作为一种新型的“载体工程”材料,展现出超越传统载体的“协同效应”。
量子点(如CdS、CdSe)虽光吸收性能优异,但易团聚、光腐蚀严重,需负载于载体上。石灰石(CaCO₃)作为载体具有以下优势:
- 能级匹配与电子转移:石灰石的导带位置与某些量子点匹配良好,可作为高效的电子受体,促进光生电子-空穴对的分离,抑制其复合,从而提升量子效率。
- 表面碱性位点:其表面丰富的碱性位点,有利于吸附水中带正电的污染物分子(如某些抗生素),使其富集在催化反应活性中心附近,实现“吸附-催化”协同。
- 结构调控与稳定性:通过调控合成条件,可制备出具有多级孔结构、特定晶面的石灰石微球或薄膜。这种结构不仅为量子点提供了高分散的锚定位点,其本身的离子晶格还能通过与量子点的界面相互作用,增强其光化学稳定性。
- 离子效应:缓慢溶出的Ca²⁺可能参与界面反应,改变局部微环境,进一步优化反应路径。
当被可见光照射时,量子点吸收光子产生电子-空穴对。电子迅速注入石灰石载体,空穴则氧化吸附在量子点表面的污染物分子或水产生羟基自由基。石灰石载体在此过程中扮演了“电子仓库”、“污染物富集器”和“结构稳定器”的多重角色。

这种石灰石基量子点光催化系统,为深度净化含“新兴污染物”的水体提供了一条高效、节能且材料易得的技术路径,是纳米环境技术向低成本、高性能方向发展的有益探索。