氧化石墨烯-二氧化锆杂化催化剂高效去除有毒染料及硝基苯酚的研究

针对工业染料和硝基酚类污染物难降解问题，研究人员通过水热法制备了ZrO2-GO纳米催化剂，结合XRD、BET、TEM等技术表征材料特性，证实其可高效光催化降解亚甲基蓝（MB，90%/70 min）、结晶紫（CV，98%/90 min）和硝基苯酚（NP，70%/120 min）。该研究为宽禁带半导体材料（Eg～5.25 eV）的环境应用提供了新思路。

　　

随着工业废水中有机污染物治理难题日益严峻，传统化学氧化法和吸附技术因效率低、二次污染等问题难以满足需求。其中，含复杂芳香结构的硫堇染料（如亚甲基蓝MB）和三苯甲烷染料（如结晶紫CV）因高化学稳定性成为环境顽疾，而酚类化合物更因其致癌性威胁生态健康。针对这一挑战，研究人员开发了基于宽禁带半导体二氧化锆（ZrO₂，Eg～5.25 eV）与氧化石墨烯（GO）的杂化纳米材料，通过《Materials Science and Engineering: B》发表的研究成果揭示了该体系在环境修复中的突破性进展。

研究团队采用水热法合成ZrO₂-GO纳米颗粒，通过X射线衍射（XRD）确认单斜晶系结构（JCPDS 00-013-0307），结合拉曼光谱（1340 cm^-1的D峰和1580 cm^-1的G峰）验证GO成功掺杂。比表面积测试（BET）显示添加2% GO使ZrO₂孔径扩大2倍，光致发光（PL）谱表明载流子寿命显著提升。透射电镜（TEM）和紫外可见光谱（UV-Vis）等技术系统表征了材料特性。

XRD分析
12°特征峰证实GO成功嵌入ZrO₂晶格，Scherrer公式计算显示结晶尺寸增大，单斜相结构保持稳定。

Raman光谱
1340 cm^-1（无序碳结构）和1580 cm^-1（sp²杂化碳）双峰证实GO的保留，且I_D/I_G比值变化表明 hydrothermal过程未破坏碳骨架。

光催化性能
在可见光下，ZrO₂-GO对MB（90%/70 min）、CV（98%/90 min）和NP（70%/120 min）的降解率远超纯ZrO₂，归因于GO的电子传导作用抑制了e^--h⁺复合。

该研究通过构建ZrO₂-GO异质结，解决了传统半导体材料（如TiO₂）表面吸附不足和载流子复合率高的问题。A. Amudha等作者指出，GO的引入不仅提升污染物吸附能力（BET证实），其sp²碳层更作为电子受体促进·OH自由基生成。这一发现为设计高效稳定的水处理催化剂提供了新范式，尤其对含难降解芳香族化合物的工业废水治理具有重要应用价值。研究同时证实，通过调控GO掺杂比例（本实验采用2%），可优化材料孔径与能带结构，未来可扩展至其他宽禁带半导体体系的设计。