氧化锌集成氮化碳纳米复合材料用于儿茶酚电化学传感与罗丹明B光催化降解

本研究针对水体中难降解污染物（如罗丹明B和儿茶酚）的监测与去除难题，开发了一种双功能ZnO@CN纳米复合材料。通过共沉淀法合成的该材料兼具高效电催化与光催化性能，实现了对儿茶酚的超灵敏检测（LOD 0.024 μM）和罗丹明B的快速降解（40分钟效率95.3%）。其优异的循环稳定性（5次循环）和环境适应性（20天稳定性）为水污染治理提供了创新解决方案。

　　

水污染治理正面临前所未有的挑战，工业排放的罗丹明B（RhB）染料和儿茶酚（CT）等顽固污染物，不仅难以自然降解，还具有致癌、神经毒性等危害。传统处理方法如吸附法效率低下，而高级氧化技术又常伴随二次污染。更棘手的是，现有检测技术如高效液相色谱（HPLC）设备昂贵、操作复杂，难以满足实时监测需求。

针对这一系列难题，研究人员开发了一种革命性的双功能纳米材料——氧化锌集成氮化碳（ZnO@CN）纳米复合材料。通过共沉淀法合成的这种材料，巧妙结合了ZnO的窄带隙特性和CN（碳氮化物）的三嗪结构优势，在《Surfaces and Interfaces》发表的研究中展现出非凡性能。

研究团队采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-DRS）等技术验证材料结构，通过扫描电镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）确认形貌与元素组成。电化学测试采用三电极体系，光催化实验在可见光照射下进行。

结构表征
XRD图谱显示ZnO纳米颗粒（2θ=36.2°对应（101）晶面）均匀分散在CN基底（27.6°特征峰）上，FT-IR证实了Zn-O键（450 cm^?1）和CN三嗪环（810 cm^?1）的协同存在。UV-DRS显示复合材料带隙降至2.85 eV，显著提升可见光捕获能力。

电化学传感性能
修饰电极对CT的检测限达0.024 μM，灵敏度0.367 μAμM^?1cm^?2，远超同类研究。这种卓越性能源于CN的导电网络和ZnO活性位点的协同作用，电子转移电阻降低61%。

光催化降解
在40分钟内实现RhB的95.3%降解率，速率常数是纯ZnO的3.2倍。机理研究表明，CN作为电子受体有效抑制了e^--h⁺复合，产生的·OH和·O₂^?自由基主导降解过程。

稳定性验证
经过5次循环催化后效率仅下降4.7%，20天内性能保持90%以上。4支修饰电极的响应偏差<3.5%，证实工艺重现性优异。

该研究突破性地解决了传统催化材料效率低、功能单一的核心痛点。ZnO@CN的双重功能设计，既实现了污染物的精准监测，又能同步高效降解，为"检测-治理"一体化提供了全新范式。其可见光驱动特性大幅降低能耗，而优异的稳定性则显著提升实际应用可行性。这项成果不仅推动了环境催化材料的发展，更为实现联合国可持续发展目标（SDG 6）中的清洁水供应提供了关键技术支撑。