Z-型g-C3N4/ZnO异质结光催化剂：高效太阳光驱动的高级氧化过程及其环境净化应用

为解决水体中难降解有机污染物（如RhB染料）的治理难题，研究人员通过简易化学合成法构建了Z-型g-C3N4/ZnO异质结纳米复合材料（HNCs）。该材料通过保留g-C3N4与ZnO的强氧化还原能力，形成高效电荷转移路径，在自然光下实现罗丹明B（RhB）的协同降解，为环境修复提供了新型高效光催化策略。

　　

随着全球工业化进程加速，水体中持久性有机污染物（POPs）和新兴污染物（CECs）的治理已成为重大环境挑战。传统处理方法难以有效降解这类物质，而光催化技术因其绿色高效特性备受关注。然而，单一光催化剂存在电荷复合率高、太阳光利用率低等瓶颈。印度理工学院等机构的研究人员通过构建Z-型g-C₃N₄/ZnO异质结纳米复合材料（HNCs），创新性地解决了上述问题，相关成果发表于《Surfaces and Interfaces》。

研究采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、紫外光电子能谱（UPS）等技术表征材料结构，通过紫外-可见光谱和X射线光电子能谱（XPS）分析电荷转移机制，并利用自由基捕获实验验证反应路径。

RESULTS AND DISCUSSIONS部分揭示：XRD与拉曼光谱证实异质结成功构建（图1），g-C₃N₄的(100)和(002)晶面与ZnO的纤锌矿结构共存。UV-Vis显示HNCs的带隙为2.85 eV，兼具g-C₃N₄的可见光响应与ZnO的紫外吸收特性。UPS测得HNCs费米能级（1.81 V）介于g-C₃N₄（1.12 V）与ZnO（2.16 V）之间，证实界面能带弯曲形成Z-型转移路径。XPS分析发现Zn 2p_3/2结合能正移0.3 eV，表明电子从ZnO向g-C₃N₄转移。

Conclusion部分强调：该异质结通过Z-型机制同时保留g-C₃N₄的空穴（h⁺）氧化能力与ZnO的电子（e^-）还原能力，使RhB降解效率提升2.1倍。自由基实验证实h⁺和·O₂^-是主要活性物种。

这项研究不仅为设计高效太阳光驱动光催化剂提供了新思路，其简易合成方法更具工业化应用潜力，对解决全球性水污染问题具有重要意义。