g-C3N4/ZnO异质结催化剂通过官能团互连降解CR染料发色基团的可持续性开发与研究

为解决工业染料废水污染问题，研究人员通过水热法制备g-C3N4/ZnO异质结光催化剂，利用XRD、SEM等技术证实其结构特性，在UV光照下实现刚果红染料82.8%降解率，并通过协同效应提升性能。该研究为低成本、高效降解工业染料提供了新策略。

　　

研究背景
水污染引发的健康危机已成为全球性问题，每年约百万人因饮用受污染水死亡，其中纺织业排放的含氯染料因结构复杂难以降解。传统处理方法效率低下，而高级氧化工艺（AOP）中的光催化技术因高效环保备受关注。然而，常见半导体催化剂如TiO₂、ZnO存在带隙宽、电子-空穴复合快等缺陷。近年来，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其2.7 eV窄带隙和π共轭结构成为研究热点，但与金属氧化物复合的协同机制仍需深入探索。

研究机构与方法
印度DST-SERB资助的研究团队通过水热法合成g-C₃N₄/ZnO异质结催化剂，采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、光致发光光谱等技术表征材料结构，并以刚果红（CR）染料为模型污染物，评估其在UV光照下的降解效率及循环稳定性。

研究结果

1. XRD结果：g-C₃N₄呈现三均三嗪结构（2θ=27°），ZnO为六方纤锌矿（2θ=36°），复合材料中C-N键消失证实二者强相互作用。
2. 光催化性能：最优复合物（150CZ）带隙2.93 eV，电荷复合寿命5.3 ns，60分钟内CR降解率达82.8%，较单一组分提升显著。
3. 降解机制：空穴为主要活性物种，中性pH条件效果最佳；质谱分析显示CR分子量从696.66降至89（苯酚）和132（酮乙酸），最终矿化为CO₂和H₂O。

结论与意义
该研究通过构建g-C₃N₄/ZnO异质结，有效抑制电荷复合并拓宽光响应范围，为工业染料废水处理提供了一种低成本、高稳定性的解决方案。其创新性在于揭示了官能团互连对降解路径的影响，发表于《Journal of Molecular Structure》的成果对推动可持续环境催化技术具有重要参考价值。