ZnO纳米棒负载还原氧化石墨烯有效抑制电荷复合以提升光催化性能

本研究针对ZnO纳米结构在光催化应用中存在的电荷复合率高、可见光利用率低及染料吸附能力弱等问题，通过水热法合成ZnO纳米棒负载还原氧化石墨烯(rGO)的纳米复合材料(NCM)，用于紫外光下结晶紫(CV)染料的降解。结果表明，(ZnO/rGO-1.0)NCM 的降解效率达95.8%，速率常数为0.0657 min?1 ，归因于rGO降低ZnO带隙(3.18→3.04 eV)并有效淬灭光致发光峰。该研究为环境修复提供了高效可持续的光催化材料。

　　

研究背景与意义
随着工业废水中有机污染物的增加，光催化技术因其绿色高效特性成为环境修复的研究热点。然而，常用的氧化锌(ZnO)纳米材料面临电荷复合率高、可见光响应差等瓶颈问题。如何通过材料改性提升光催化效率，成为亟待解决的挑战。

研究机构与成果
卡拉林加姆研究与教育学院的研究团队通过水热法构建了ZnO纳米棒负载还原氧化石墨烯(rGO)的纳米复合材料(ZnO/rGO)_NCM
，系统研究了其对结晶紫(CV)染料的光催化降解性能。该成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，揭示了rGO通过形成p-n异质结降低ZnO带隙能量(E_g
)，显著提升电荷分离效率的机制。

关键技术方法
采用改良Hummers法制备氧化石墨烯(GO)，通过水热法原位合成ZnO/rGO复合材料；利用紫外-可见光谱(UV-Vis)分析带隙变化，光致发光光谱(PL)表征电荷复合率；通过动力学实验评估CV降解效率，并利用自由基捕获实验验证活性物种贡献顺序(h⁺

OH^•
O₂
^•?
)。

研究结果

1. 光学与结构特性：XRD和TEM证实ZnO纳米棒成功锚定在rGO片层上，UV-Vis显示rGO使ZnO带隙从3.18 eV降至3.04 eV，PL光谱强度降低表明电荷复合被有效抑制。
2. 光催化性能：(ZnO/rGO-1.0)_NCM
   展现最优降解效率(95.8%)，速率常数(0.0657 min^?1
   )较纯ZnO提升2.3倍，归因于rGO的电子传导和染料吸附协同作用。
3. 机制分析：自由基捕获实验证实空穴(h⁺
   )是主要活性物种，rGO通过Z型异质结促进电子转移，同时其光热效应加速反应动力学。

结论与意义
该研究通过精准调控rGO含量(1.0 mg/mL)，构建了具有高效电荷分离能力的ZnO/rGO光催化剂。其创新性体现在：首次阐明该体系通过p-n异质结与光热效应协同提升性能的机制；为设计缺陷工程化半导体/碳材料复合体系提供了理论依据。这种低成本、可重复使用的纳米复合材料在工业废水处理中具有重要应用前景，推动了可持续环境修复技术的发展。