协同g-C3 N4 @ZnO/SnO2 异质结纳米复合材料在光催化与气体传感中的多功能应用研究

针对环境污染治理与气体检测需求，研究人员通过水热法合成双Z型g-C3 N4 @ZnO:SnO2 三元异质结纳米复合材料。该材料展现出98.3%的MB染料光催化效率（动力学速率0.0256 min-1 ）及快速NO2 气体响应（21 s/13 s），比表面积提升至39.4 m2 /g，为环境修复提供创新解决方案。

　　

随着全球工业化进程加速，水体和大气污染已成为威胁人类健康的紧迫问题。氮氧化物(NO_x
)作为典型工业废气，不仅诱发呼吸道疾病，还导致酸雨等环境灾害；而染料废水则严重破坏水体生态。传统单一功能材料难以兼顾污染治理与实时监测需求，且存在可见光利用率低（如ZnO仅吸收<6%紫外光）、气体响应慢（如SnO₂
需高温工作）等瓶颈。为此，Gurukula Kangri大学的研究团队创新性地构建了g-C₃
N₄
@ZnO:SnO₂
三元异质结纳米材料，相关成果发表于《Surfaces and Interfaces》。

研究采用溶胶-凝胶水热法合成材料，通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术表征结构特性，并利用厚膜涂布法制备气体传感器件。

材料表征与性能
XRD证实材料结晶度良好（5-27 nm晶粒尺寸），FE-SEM显示纳米片与菜花状多孔结构共存。g-C₃
N₄
的引入使比表面积从9激增至39.4 m²
/g，紫外光谱显示带隙调控至2.69-3.10 eV，显著拓宽可见光响应范围。

光催化机制
双Z型异质结有效抑制电子-空穴复合，对MB染料的降解率高达98.3%，动力学常数达0.0256 min^-1
，5次循环后仍保持稳定。

气体传感性能
材料对NO₂
表现出高选择性，响应/恢复时间仅21 s/13 s，归因于异质界面形成的耗尽层增强气体吸附能力。

该研究首次实现g-C₃
N₄
与二元金属氧化物的协同增效，为开发"检测-治理"一体化环境材料提供新范式。Deepak Butola和L.P. Purohit指出，这种多功能设计可显著降低环境修复成本，其能带工程策略对开发其他异质结材料具有普适指导意义。