超临界CO2 嵌入FePc/g-C3 N4 构建S型异质结增强可见光催化氧化性能

针对g-C3 N4 可见光利用率低、载流子复合率高的问题，研究人员通过超临界CO2 (sc-CO2 )技术将FePc嵌入g-C3 N4 层间，构建S型异质结。该催化剂(FePc40@CN-s)通过π-π堆叠增强相互作用，显著提升可见光吸收范围(400-695 nm)和活性氧物种(·O2 - /·OH)产量，对多种有机污染物降解效率较传统方法提升3倍以上，为绿色催化剂的工业化制备提供新思路。

　　

随着工业废水中有机污染物治理需求的日益紧迫，传统Fenton技术因效率低、pH适用范围窄等问题面临挑战。石墨相氮化碳(g-C₃
N₄
)虽具有环境友好特性，但其2.7 eV的宽带隙导致可见光响应范围局限在465 nm以下，且层状堆叠结构加剧载流子复合。山东某研究团队创新性地采用超临界CO₂
(sc-CO₂
)技术，将铁酞菁(FePc)嵌入g-C₃
N₄
层间构建S型异质结，相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》。

研究团队通过sc-CO₂
辅助法（含5%氯仿改性剂）、原位生长法和物理混合法制备三种FePc/g-C₃
N₄
复合材料。采用SEM观察形貌变化，UV-vis DRS分析光吸收特性，XPS/UPS验证电子结构，EPR检测活性氧物种。以亚甲基蓝(MB)为模型污染物，系统评估催化剂在可见光下的降解性能。

【Characterization】
SEM显示sc-CO₂
处理使g-C₃
N₄
层间距扩大（图2b&c），而物理混合样品(FePc40@CN-m)仅呈现简单混合状态（图2d~g）。XPS证实FePc40@CN-s中Fe-N配位键形成，UPS测得界面内置电场强度达1.82 eV，为S型电荷转移提供直接证据。

【Conclusion】
sc-CO₂
法制备的FePc40@CN-s表现出最优性能：①可见光响应扩展至695 nm；②降解速率常数较物理混合样品提高3.2倍；③EPR检测到显著增强的·O₂
^-
和·OH信号。该研究突破传统方法需强酸/有机溶剂的局限，通过π-π堆叠和S型异质结协同作用（图5），同时实现宽光谱吸收与高效电荷分离，为环境催化材料设计提供新范式。

这项工作的创新性体现在：首次将sc-CO₂
技术应用于g-C₃
N₄
层间修饰，通过精确控制FePc嵌入深度（约1.2 nm），构建具有定向电荷转移通道的异质结体系。所开发的催化剂在pH 3-9范围内保持稳定，连续使用5次后活性仅下降7.5%，展现出良好的工业化应用前景。