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为解决工业废水污染及光催化剂应用受限问题，研究人员开展 g-C3N4/WO3-x纳米结构研究。结果显示该复合结构能高效降解亚甲基蓝（MB），其优异性能归因于 Z 型结构和协同作用，对光催化领域意义重大。
在环境污染日益严重的当下，工业废水成为了破坏生态环境的 “罪魁祸首”。这些废水中含有大量的染色剂、有毒物质以及潜在的致癌污染物，它们肆意污染着地表水和地下水，给生态系统带来了沉重的打击。而光催化技术，作为解决环境污染和能源短缺问题的 “希望之星”，却因为光激发电荷载流子复合率高、太阳能转换效率不足等问题，在实际应用中困难重重。
在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员，决心探索一条新的道路，以突破光催化技术的应用瓶颈。他们将目光聚焦于 g-C3N4/WO3-x纳米结构，开展了深入的研究。研究结果令人振奋，这种复合结构在降解亚甲基蓝（MB）方面展现出了超强的能力，相比纯 g-C3N4，其性能得到了显著提升。其中，C90W10 变体的表现最为突出，其速率常数达到 1.54 h?1，分别是 WO3-x纳米颗粒和 g-C3N4纳米片的 8.56 倍和 1.03 倍。这一成果发表在《Applied Surface Science Advances》上，为光催化领域带来了新的希望。
研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。通过 X 射线衍射（XRD）分析样品的晶体结构，利用高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察样品的形貌和成分，借助 X 射线光电子能谱（XPS）分析样品的表面化学状态和价态，还使用了 UV-vis 分光光度计测量样品的光学吸收光谱等。这些技术为研究提供了有力的支持，帮助研究人员深入了解 g-C3N4/WO3-x纳米结构的特性。
在研究结果方面：
- 纳米结构形成与热重分析：通过热重分析（TGA）发现，WO3-x在高温下稳定性强，而 g-C3N4在 400°C 左右开始显著失重并于 600°C 完全分解。在复合材料中，g-C3N4的热稳定性因 WO3-x纳米颗粒的存在而降低，这可能是由于 WO3-x的催化氧化作用。
- 形貌与元素研究：FE-SEM 和 HR-TEM 图像显示，WO3-x纳米颗粒呈现无定形和截顶十二面体形状，g-C3N4为片状结构，且 WO3-x纳米颗粒均匀沉积在 g-C3N4纳米片表面和层内，形成稳定的异质结结构。能量色散光谱（EDS）表明样品无杂质，元素映射显示 C90W10 中各元素分布均匀。
- 晶体结构：XRD 分析表明，g-C3N4和 WO3-x在复合材料中共同存在。随着 WO3-x含量增加，g-C3N4特征峰强度改变，其（002）峰的层间距也因与 WO3-x的相互作用而发生变化。
- XPS 和表面化学：XPS 测量显示，WO3-x纳米颗粒成功整合到 g-C3N4纳米片中，二者之间存在电子转移，形成紧密接触的异质结界面，这促进了光生电子与空穴的复合，增强了电荷分离和转移，提升了可见光下的光催化活性。
- FTIR 和拉曼光谱分析：FTIR 和拉曼光谱结果表明，g-C3N4/WO3-x纳米复合材料成功制备，且在复合后 g-C3N4的主要结构保持不变，同时二者之间存在强烈的相互作用，有利于电荷载流子的转移和光催化活性的增强。
- 光学性质：UV-vis 吸收光谱显示，g-C3N4/WO3-x复合材料在 400 - 600 nm 区域发生蓝移，其吸收边位于 450 - 550 nm 之间，带隙能量也相应变化，这与 g-C3N4纳米片和 WO3-x纳米颗粒之间的相互作用有关。
- 光催化测试：在可见光和近紫外光照射下的光催化测试中，C90W10 纳米复合材料均表现出优异的光催化活性。在可见光下，其对 MB 的降解效率高，且当 WO3-x纳米颗粒含量超过一定比例时，光催化能力逐渐下降。在近紫外光下，C90W10 能在 30 分钟内完全降解 MB，且经过多次循环后，其光催化性能稳定。
- 捕获剂测试：通过捕获剂测试发现，?OH 和?O??是光催化降解 MB 过程中的主要活性物种。
- 提出的机制：基于上述研究结果，研究人员提出 g-C3N4/WO3-x纳米复合材料光催化活性增强的原因是 Z 型机制。在该机制下，光生电子和空穴能够有效分离，参与氧化还原反应，从而加速 MB 的降解。
研究结论和讨论部分指出，g-C3N4/WO3-x异质结复合光催化剂在降解 MB 方面展现出卓越的性能，其优异的光催化活性得益于 Z 型异质纳米结构的形成以及 WO3-x和 g-C3N4之间的协同相互作用。这种复合结构优化了光学特性，增加了活性表面位点，提升了纳米材料的氧化还原能力和整体光催化性能。这一研究成果为解决环境污染问题提供了新的思路和方法，有望推动光催化技术在实际废水处理等领域的广泛应用，具有重要的科学意义和实际应用价值。
