第一作者：宋智琪
通讯作者：贾旭、王秀莲、张留学
DOI：10.1016/j.biombioe.2026.109572
✦ 本文亮点 ✦
1.以废弃羽毛球羽毛为碳源，绿色合成碳量子点（CQDs），实现生物质废弃物的高值资源化利用；
2.构筑CQDs/In₂S₃ I型异质结，拓宽光吸收范围至可见光区，显著抑制光生载流子复合；
3.最优条件下光催化H₂O₂产率达3532.79 μM g⁻¹ h⁻¹，分别为纯CQDs和In₂S₃的2.24倍和3.93倍；
4.复合催化剂同时具有类过氧化物酶活性，可高效催化TMB氧化，拓展了纳米酶检测应用潜力。
✦ 前言 ✦
2026年5月，Biomass and Bioenergy 杂志在线发表了中原工学院张留学教授团队在光催化产过氧化氢及纳米酶领域的最新研究成果。该工作报道了一种利用废弃羽毛球羽毛制备碳量子点（CQDs），并与硫化铟（In₂S₃）复合构建I型异质结光催化剂的方法，实现了可见光下高效、稳定的H₂O₂生成，同时展现出优异的类过氧化物酶活性，可快速氧化TMB显色。论文第一作者为宋智琪，共同通讯作者为贾旭、王秀莲、张留学。
✦ 背景介绍 ✦
过氧化氢（H₂O₂）作为一种环境友好的强氧化剂，被广泛用于有机合成、废水处理、医疗消毒等领域。传统蒽醌法等制备工艺能耗高、污染重，而光催化H₂O₂合成因其绿色、安全、可持续的特点成为研究热点。然而，现有光催化剂仍面临光吸收效率低、载流子复合快、活性位点不足等挑战。硫化铟（In₂S₃）具有窄带隙、低毒性和良好稳定性，但纯相In₂S₃的光生电子-空穴对分离效率较差。碳量子点（CQDs）作为一种新型碳纳米材料，具备丰富表面官能团、可调带隙和优异的光吸收能力。本研究创新性地将废弃生物质（羽毛球羽毛）转化为CQDs，并与In₂S₃构筑I型异质结，利用CQDs的宽光吸收和电子传输特性，显著提升光催化产H₂O₂性能，同时赋予材料类过氧化物酶活性，为生物质资源化利用和高效光催化体系设计提供了新思路。
✦ 本文所用设备 ✦
本文使用设备为泊菲莱PCX-50C Discover多通道光催化反应系统，该系统为光化学合成方法学研究中催化剂及反应条件筛选、底物扩展等过程提供多通道平行反应，保证结果平行可靠的前提下提高反应效率。产品采用9位LED光源，输出波长覆盖紫外到红外光区，光源波长可定制，满足不同光化学合成反应的需求。
✦ 图表解析 ✦
图1. (a) In₂S₃、(b) CQDs和(c) CQDs/In₂S₃复合材料的TEM图像
要点：In₂S₃呈块状结构（a）；CQDs为直径约3-8 nm的均匀黑色点状颗粒，分散性良好（b）；复合后CQDs均匀负载于In₂S₃表面，二者紧密接触，有利于界面电荷转移（c）。
图2. (a) XRD谱图，(b) FT-IR谱图
要点：In₂S₃的特征衍射峰对应于立方相β-In₂S₃；CQDs在21°附近呈现宽峰，归属为无定形石墨碳的(002)面；复合后CQDs/In₂S₃的衍射峰位发生宽化及低角度偏移，表明成功复合。FT-IR中，CQDs存在O-H、N-H、C=O、C-N及C-S键特征峰，复合后C-S峰强度增强且位移，证实异质结界面形成。
图3. (a) UV-Vis DRS光谱，(b) 带隙能图，(c) Mott-Schottky曲线，(d) EIS奈奎斯特图，(e) PL光谱
要点：CQDs/In₂S₃复合物在200-800 nm范围内均有吸收，带隙为2.69 eV，介于CQDs（2.92 eV）和In₂S₃（1.88 eV）之间。M-S曲线正斜率表明n型半导体特性，复合物的平带电位更负（-0.93 eV），导带电位达-1.03 eV。EIS显示复合物半圆半径最小，电荷转移电阻最低；PL光谱中复合物荧光强度较纯CQDs下降，均证明光生载流子分离效率显著提升。
图4. 光催化产H₂O₂性能：(a) 催化剂用量，(b) pH影响，(c) 反应时间，(d) 反应温度，(e) 循环稳定性，(f) 分解速率对比
要点：CQDs/In₂S₃的H₂O₂产率（136.82 μM）远高于CQDs（68.85 μM）和In₂S₃（39.24 μM）。最佳条件：催化剂20 mg，pH=1，反应时间2 h，温度50℃，此时产率最高达139.56 μM（对应3.49 mM g⁻¹ h⁻¹）。五次循环后产率仍保持在120 μM以上，XRD显示结构稳定。
图5. (a) 自由基捕获实验及不同气氛下的产H₂O₂性能，(b, c) EPR谱图，(d, e) TMB氧化紫外-可见吸收及颜色变化
要点：O₂气氛下产率最高，N₂气氛下显著下降，加入电子捕获剂（AgNO₃）和超氧自由基捕获剂（ASA）后产率大幅抑制，说明H₂O₂主要通过氧气还原（ORR）路径生成。EPR进一步证实超氧自由基（·O₂⁻）为关键活性物种。在TMB氧化实验中，CQDs/In₂S₃使无色TMB变为蓝绿色oxTMB，652 nm处吸收峰明显，且ASA几乎完全抑制显色，表明其类过氧化物酶活性主要源于超氧自由基。
Scheme 1. CQDs/In₂S₃ I型异质结光催化产H₂O₂及TMB氧化机理示意图
要点：可见光激发下，CQDs和In₂S₃均产生电子-空穴对。由于CQDs导带更负、价带更正，光生电子和空穴分别迁移至In₂S₃的导带和价带，实现空间分离。电子还原O₂生成·O₂⁻，进而与H⁺结合生成H₂O₂；空穴氧化H₂O产生O₂，形成循环。同时，产生的·O₂⁻可氧化TMB至oxTMB，实现显色检测。
✦ 全文小结 ✦
本研究以废弃羽毛球羽毛为碳源，通过水热法成功合成了CQDs/In₂S₃ I型异质结光催化剂。该材料在可见光照射下表现出优异的H₂O₂生成性能，最优产率达3532.79 μM g⁻¹ h⁻¹，且具有良好的循环稳定性。同时，复合催化剂具有类过氧化物酶活性，可高效催化TMB氧化。该工作不仅为生物质废弃物的高值化利用提供了新途径，也为设计兼具光催化产H₂O₂和纳米酶功能的复合材料提供了参考，未来有望拓展至环境检测、生物传感及绿色合成等领域。
✦ 作者介绍 ✦
张留学，中原工学院教授。主要研究方向为：高性能杂化材料的设计及其在光催化领域中的应用，在International Journal of Hydrogen Energy，Journal of Catalysis和Journal of Environmental Chemical Engineering等国际一流期刊上发表论文40余篇。
✦ 文献信息 ✦
Zhiqi Song, Xu Jia, Xiulian Wang, Lidan Yang, Jiaqi Zhang, Liuxue Zhang, Jiaolong Qiao, Yonggang Liu. A biomass-derived CQDs/In₂S₃ heterojunction: Enhanced solar H₂O₂ generation and nanozyme-inspired TMB oxidation. Biomass and Bioenergy 2026, 215, 109572.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0961953426006471
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