光激发金纳米颗粒与绿色合成二氧化锡共修饰石墨相氮化碳的协同增强光催化性能研究

本研究针对纺织废水中有机染料污染和绿色能源需求，通过光沉积法和植物提取法构建Au@SnO2/CN三元复合材料，实现99.24%的亚甲基蓝降解效率和1443.5 μM H2O2光合成，其2.37 eV窄带隙与等离子体效应协同提升可见光利用，为环境修复与可持续能源提供新策略。

　　

论文解读
纺织工业的快速发展导致含亚甲基蓝（MB）等染料的废水污染加剧，而传统处理方法存在能耗高、二次污染等问题。与此同时，全球能源危机推动了对过氧化氢（H₂O₂）等绿色能源载体的需求，但其传统生产工艺同样面临高能耗挑战。光催化技术利用太阳能驱动反应，成为解决上述问题的理想选择。然而，常用光催化剂如石墨相氮化碳（CN）存在可见光吸收有限、电子-空穴对(e^--h⁺)复合快等瓶颈。

越南国立大学胡志明市分校的研究团队创新性地将金纳米颗粒（Au NPs）的等离子体效应与二氧化锡（SnO₂）的宽带隙特性相结合，通过绿色合成路线构建Au@SnO₂/CN三元复合材料。该研究采用植物提取法从越南特有植物Diospyros mollis叶片中获取生物活性成分合成SnO₂ NPs，并通过光沉积法负载Au NPs，最终通过溶胶-凝胶和煅烧工艺制备复合材料。

主要技术方法
研究运用X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析晶体结构，场发射扫描电镜（FE-SEM）和高分辨透射电镜（HR-TEM）观察形貌，紫外-可见漫反射光谱（UV-DRS）测定光学带隙，光电化学测试评估电荷分离效率，并结合密度泛函理论（DFT）模拟能带结构。

研究结果

1. 材料特性：XRD证实成功构建CN与SnO₂的异质结，HR-TEM显示Au NPs（~15 nm）和SnO₂ NPs（~20 nm）均匀分散于CN表面。UV-DRS显示复合材料带隙降至2.37 eV，较纯CN（2.7 eV）显著拓宽可见光响应范围。

2. 光催化性能：在可见光下120分钟内实现99.24% MB降解，H₂O₂产量达1443.5 μM，分别是纯CN的3.2倍和2.8倍。自由基捕获实验证实超氧自由基（•O₂^-）和羟基自由基（•OH）起主导作用。

3. 稳定性测试：经过4次循环后性能仅下降4.7%，XPS表明Au和Sn元素价态保持稳定，证明材料具有工业应用潜力。

结论与意义
该研究开创性地将绿色合成的SnO₂ NPs与等离子体Au NPs协同修饰CN，通过能带工程和异质结效应实现三大突破：（1）植物提取法避免传统SnO₂合成中的有毒试剂；（2）Au NPs的局域表面等离子体共振（LSPR）效应增强可见光捕获；（3）Z型异质结促进电荷分离。研究成果发表于《Materials Science in Semiconductor Processing》，为设计多功能环境修复材料提供了新范式，尤其对太阳能驱动的"废水处理-能源生产"联用系统具有重要指导价值。