一步法合成直接Z型ZnS@g-C3N4异质结光催化剂用于太阳光辅助降解有机污染物

《Journal of Water Process Engineering》：Direct Z-scheme ZnS@g-C?N? heterojunction photocatalysts synthesized via a single-step method for sunlight-assisted degradation of organic pollutants

本综述重点介绍了一种通过简便的单步固相法合成直接Z型ZnS/g-C3N4异质结光催化剂的新策略。该异质结能有效促进光生电荷分离、延长激子寿命，在自然太阳光下对Direct Red 23染料和氯霉素（CAP）展现出2.3倍于纯g-C3N4的降解效率，为开发高效稳定的光催化废水处理技术提供了新思路。

　　

Highlight

材料

硫脲和醋酸锌二水合物购自Merck EMPLURA ACS。Direct Red 23染料（C₃₅H₂₅N₇Na₂O₁₀S₂，分子量 = 813.7 g/mol，商品名Deep Red WB）购自印度Sudeep industries。氯霉素（CAP, 99%，分子量：323.13 g/mol）购自印度SRL Pvt. Ltd.。本工作中使用的所有溶液均使用去离子（DI）水（Millipore）制备。

ZnS/g-C₃N₄的同步合成

首先，称取特定量的硫脲和醋酸锌二水合物，置于玛瑙研钵中。加入少量甲醇（约5 mL）作为研磨介质，将混合物研磨约30分钟，直至形成均匀的糊状物。随后，将糊状物转移到带盖的氧化铝坩埚中，在空气气氛下于马弗炉中以10°C/分钟的升温速率加热至550°C，并保持2小时。反应完成后，让马弗炉自然冷却至室温。收集得到的淡黄色粉末，用去离子水和乙醇洗涤数次，然后在80°C下干燥过夜。通过改变醋酸锌二水合物与硫脲的重量比（例如，1:5、1:10、1:15、1:20、1:25），合成了一系列ZnS/g-C₃N₄纳米复合材料。作为对比，在不添加醋酸锌二水合物的情况下，仅使用硫脲在相同条件下合成了纯g-C₃N₄。

ZnS/g-C₃N₄复合材料的结构特性

利用粉末X射线衍射（XRD）分析确定了合成的ZnS/g-C₃N₄复合材料（图2a-g）的相纯度和结晶度。2θ = 27.41°处的布拉格反射对应于g-C₃N₄的（002）晶面，其具有正交晶系和P21212 (18)空间群，与ICDD (PDF:00–066-0813)一致。2θ = 28.6°、47.5°、56.4°、69.4°和76.8°处的衍射峰分别对应于立方闪锌矿ZnS的（111）、（200）、（220）、（400）和（311）晶面，与标准卡片（JCPDS No. 05-0566）相符。随着ZnS含量的增加，g-C₃N₄的（002）衍射峰强度逐渐降低，表明g-C₃N₄的结晶度因ZnS纳米颗粒的掺入而受到影响。在ZnS/g-C₃N₄复合材料中未观察到其他杂相，证实了产物的高纯度。

结论

本研究采用一种非常简单的单步法制备了ZnS/g-C₃N₄，该材料是一种用于光催化降解染料（DR 23）和药物（CAP）的高效催化剂。ZnS在g-C₃N₄表面的生长导致了结构缺陷的形成以及两者之间直接Z型异质结的构建，这在增强光降解反应中起着关键作用。通过结构（XRD）、官能团（FTIR）、光学性质（UV-DRS）等技术对制备的纳米复合材料进行了表征。