CuO/ZB-CdS二元异质结构高效光催化降解高光稳定性R6G染料的机理研究与废水修复应用

针对工业废水中难降解有机染料污染问题，研究人员通过沉淀-浸渍法制备CuO/ZB-CdS二元光催化剂，在UV照射下实现R6G染料94.52%的降解率（速率常数1.139×10-2 min?1）。该异质结构通过能带调控有效抑制电子-空穴复合，经三次循环仍保持高效催化活性，为废水处理提供了新型环境友好型催化材料。

　　

随着工业废水排放加剧，罗丹明6G（R6G）等有机染料因其光稳定性和生物毒性成为水处理难题。传统半导体催化剂如氧化铜（CuO）和硫化镉（CdS）存在带隙窄（1.30-1.90 eV和2.42 eV）、载流子复合快等缺陷，对R6G的降解效率不足30%。马来西亚登嘉楼大学（Universiti Malaysia Terengganu）的研究团队创新性地将立方锌闪矿结构CdS（ZB-CdS）与CuO复合，构建II型异质结光催化剂。

研究采用沉淀-浸渍法合成CuO/ZB-CdS，通过X射线衍射（XRD）证实其成功保留CuO单斜晶系（JCPDS#48-1548）和ZB-CdS立方晶相（JCPDS#75-1546）。扫描电镜（SEM）显示两组分保持纳米纤维与立方体形貌的同时形成紧密界面接触，能量色散光谱（EDS）验证元素均匀分布。紫外-可见光谱显示异质结构光吸收带边红移且强度提升，带隙增至2.54 eV。在优化催化剂剂量条件下，UV照射150分钟实现R6G降解率94.52%，动力学常数较纯CdS提升近5倍。三次循环实验后仍保持80%以上效率，归因于异质结中电子从CuO传导至CdS、空穴反向迁移的协同机制。

该研究通过构建CuO/ZB-CdS异质结构，突破单一半导体光催化性能瓶颈：（1）SEM与XRD证实材料成功复合且结晶良好；（2）UV-Vis与PL光谱证明载流子分离效率提升；（3）降解实验显示对高稳定性染料的高效去除能力；（4）循环测试验证实际应用潜力。发表于《Journal of Immunological Methods》的成果为工业废水处理提供了新型催化剂设计范式，其能带调控策略可延伸至其他污染物治理领域。