晶粒粗化诱导双相不锈钢超声焊接协同增强效应及ZnO/Ag2CO3 Z型异质结光催化性能研究

针对水体有机污染物降解效率低、传统处理方法成本高的难题，研究人员通过两步法构建ZnO/Ag2CO3 p-n异质结，实现Z型电荷转移机制。该催化剂比表面积提升至13.78 m2/g，光电流增强3倍，四环素降解率达97.4%，循环5次仍保持73.4%活性，为环境修复提供新型高效解决方案。

　　

随着21世纪全球人口增长和社会经济发展，水体污染问题日益严峻。传统物理、化学和生物处理方法对难降解有机污染物效率低下，且存在能耗高、周期长等缺陷。半导体光催化技术因其能将污染物彻底矿化为CO₂和H₂O而备受关注，其中氧化锌(ZnO)虽具成本低、无毒等优势，但其宽禁带(3.09 eV)导致可见光利用率不足4%，且光生载流子复合率高。吉林某研究机构团队通过两步法构建ZnO/Ag₂CO₃ p-n异质结，成功实现Z型电荷转移机制，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: A》。

研究采用水热法制备ZnO纳米纺锤体(NSs)，通过共沉淀法在其表面沉积50-200 nm的单斜晶系Ag₂CO₃纳米颗粒(NPs)。借助SEM、TEM、XPS等技术表征材料形貌，通过PL、瞬态光电流等测试分析光电性能，并选用四环素(TC)作为模型污染物评估催化活性。

【Structural and morphological characterization】

XRD证实成功构建了纤锌矿ZnO与单斜Ag₂CO₃的复合结构。BET测试显示异质结比表面积从1.82激增至13.78 m²/g，形成介孔结构。UV-Vis DRS表明禁带宽度从3.09 eV缩小至2.88 eV，可见光吸收显著增强。

【Photocatalytic performance】

最优样品Z/AC-4对TC的降解率达97.4%，光电流强度提升3倍，PL强度降低65.1%。自由基捕获实验证实·OH、h⁺和·O₂^-为主要活性物种，其中·OH起主导作用。循环5次后仍保持73.4%活性，表明优异的稳定性。

该研究通过构建Z型异质结实现三大突破：一是通过能带工程拓宽可见光响应范围；二是利用内建电场促进载流子分离；三是介孔结构提供丰富活性位点。这不仅为环境污染物治理提供新思路，也为设计高效稳定的光催化剂体系奠定理论基础。特别值得注意的是，该工作首次系统阐明了ZnO/Ag₂CO₃体系中Z型电荷转移机制，并通过循环实验验证了实际应用潜力，对推动光催化技术产业化具有重要参考价值。