超薄g-C3N4/BiOI/Bi2S3多相异质结系统的构建及其高效光催化性能研究

为解决有机污染物降解效率低的问题，研究人员通过球磨和离子交换法构建了超薄g-C3N4/BiOI/Bi2S3（U-C3N4/BiOI/Bi2S3）多相异质结光催化剂。该材料光降解效率达g-C3N4的7.9倍，且通过内置电场抑制电子-空穴复合，显著提升载流子分离效率，为高效异质结设计提供新思路。

　　

随着工业化和城市化进程加速，有机污染物大量排放导致的环境问题日益严峻。传统处理方法如生物降解和化学氧化存在效率低、成本高、副产物多等缺陷。光催化技术因其绿色高效特性成为研究热点，但单一半导体材料（如g-C₃N₄）存在载流子复合快、量子效率低等瓶颈。为此，国内研究人员设计了一种超薄g-C₃N₄/BiOI/Bi₂S₃多相异质结系统，相关成果发表于《Journal of Molecular Structure》。

研究采用球磨法和离子交换技术制备U-C₃N₄/BiOI/Bi₂S₃催化剂，通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征材料结构，紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和电化学测试分析光吸收及载流子分离性能。

Results and discussion

1. 结构表征：XRD显示Bi₂S₃原位生成未破坏U-C₃N₄和BiOI晶型，TEM证实三者形成紧密异质结界面。
2. 光催化性能：最优样品对污染物的降解速率分别为g-C₃N₄、BiOI和U-C₃N₄/BiOI的7.9倍、4.6倍和1.8倍。
3. 机制分析：超薄结构增加活性位点暴露，三相界面形成内置电场（Built-in electric field）抑制电子-空穴复合，电化学阻抗谱（EIS）显示载流子迁移阻力降低60%。

Conclusions
该研究通过超薄异质结设计实现光吸收与载流子分离的协同优化，为多相异质结系统构建提供普适性策略。其环境友好制备工艺和稳定性能展现出工业化应用潜力，对解决能源与环境危机具有重要参考价值。