技术的快速进步、国内基础设施的建设和工业发展往往是以牺牲环境完整性为代价的。水是维持生命的重要资源。然而,家庭、农业和工业部门对水的需求不断增加,严重影响了水质。最近的研究报告称,在各种环境介质中,包括地表水和地下水、土壤、沉积物和植物组织中普遍存在新兴污染物,特别是药物化合物(Baquero等人,2008年)。水污染对所有生命形式构成了严重威胁,因为它直接且立即破坏了水生生态系统及其依赖的生物。水体中的药物污染主要来自两个途径:制药工业废水的排放和未使用或过期药物的不当处理。在这些污染物中,抗生素尤其令人担忧。在水体和饮用水中频繁检测到高浓度的抗生素,凸显了传统水处理技术在去除这些持久性污染物方面的效率低下(Ahmed等人,2015年)。抗生素在环境中的持续存在促进了耐抗生素细菌和抗性基因的出现,这对生态完整性和人类健康构成了日益增长的威胁。这一担忧促使人们开发了多种先进的技术来检测和去除水环境中的抗生素(Li等人,2024年,2025年;Mathew等人,2025年)。环丙沙星(CIP)于1987年首次引入,属于氟喹诺酮类抗生素,由于其广谱抗菌活性而在畜牧业中最为常用。在水和废水中检测到的CIP浓度范围约为150 µg/L至21 mg/L(El-Shafey等人,2012年)。与其他抗生素类似,CIP具有毒性,并有可能在生物体内积累,从而带来生态和健康风险。由于排泄和不当处理,CIP经常在各种环境介质中被检测到。抗生素在这些意外且高浓度中的存在促进了耐抗生素微生物病原体的出现。因此,有效检测和消除这些污染物已成为全球优先事项。然而,传统的检测方法通常需要繁琐的样品预处理,并受到耗时程序和不足特异性的限制。已经开发了多种去除CIP的策略,包括高级氧化过程(AOPs)(Ma等人,2026年),如UV、H2O2和Fenton反应;使用活性炭、生物炭和功能化纳米颗粒等材料的吸附;以及电化学技术(Al-Buriahi等人,2022年;Ricky和Shanthakumar,2023年;Ma和Wang,2022年)。其中,结合吸附和光催化的混合方法显示出更高效的去除效果。因此,迫切需要依赖更简单仪器的创新方法来快速可靠地检测这些污染物。在这方面,光化学和电化学技术为传统方法提供了有希望的替代方案,具有高灵敏度、最小样品准备、低成本、可重复性和避免使用有害有机溶剂等优点(Nsibande和Forbes,2016年;Li和Zhu,2020年;Chacko等人,2025年)
从环境中消除污染物与其分析检测同样重要。在各种可用的方法中,光催化作为一种高效且可持续的方法,通过可见光驱动的光化学过程降解了广泛的有机和无机污染物。光催化是指材料在光能作用下的催化活性,其中催化剂与光能之间的协同作用促进了化学转化(Chen等人,2018年)。这是一种绿色方法,其中半导体型光催化剂在吸收能量大于其带隙的光时原位生成活性氧物种(ROS)。研究表明,含有碳材料的金属氧化物纳米复合材料在去除抗生素方面表现出显著效率(Mukherjee等人,2021年)。在各种金属氧化物中,二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)纳米颗粒由于具有强光催化活性、高化学稳定性和无毒性质而被最广泛使用(Sun等人,2019年;Zhang等人,2016年;Ngom等人,2016年)。这两种材料都是宽带隙材料,需要紫外光进行光激发,这限制了它们在阳光下的效率,因为只有大约6%的阳光落在紫外范围内(Chen等人,2020年)。这一限制强调了开发能够利用更宽光谱的光催化剂的需求,无论是通过改变带结构还是设计新材料。在这方面,含有小于10 nm的碳点(CDs)的ZnO基异质结构已成为有前景的候选者。ZnO和CDs之间良好的能级匹配促进了界面处的有效电荷转移,从而抑制了电子-空穴复合,显著增强了可见光驱动的光催化活性(Baker和Baker,2010年)。
碳点(CDs)由于其广泛的光吸收、强的光致发光、高光稳定性、水溶性、低毒性和易于表面功能化,最近成为一类多功能的光催化和荧光纳米材料。由于这些出色的光学和物理化学性质,CDs被广泛用作抗生素检测的荧光探针(Mathew等人,2023年;Vijayan等人,2025年;Mousa等人,2023年),具有可调的发射特性、高灵敏度和优异的生物相容性。它们作为电子媒介和光敏剂的能力使它们在光催化中非常有效(Yusuf等人,2022年)。CDs在sp2碳核中表现出π–π*跃迁,在表面基团中表现出< />–π*跃迁,从而能够在紫外-可见光范围内吸收光。在光激发下,生成电子-空穴对,驱动氧化还原反应。通过掺杂增强其可调的荧光和灵敏度,也使它们非常适合传感应用(Ding等人,2022年)。
本研究报道了一种从Elaeocarpus tuberculatus叶子合成碳点(ETCDs)的简单水热方法(附录A方案S1)。这些ETCDs作为一种双功能纳米平台,通过荧光和电化学传感同时检测环丙沙星。与之前报道的CIP检测传感器(表1)相比,本方法表现出更高的灵敏度、操作简便性和多功能性,突显了其作为高效和多功能传感平台的潜力。此外,将ETCD与ZnO集成(附录A方案S1)显著增强了CIP在阳光驱动下的光催化降解活性。据我们所知,这是首次报道在单一多功能平台上成功集成碳点进行双模式检测和光催化降解CIP的案例。