g–C3N4–Cu/GO光催化膜：突破活性-稳定性权衡的水处理新策略

本文创新性地构建了g–C3N4–Cu/GO复合光催化膜，通过Cu掺杂诱导动态Cu+/Cu2+氧化还原循环与GO向rGO的转化，显著提升光生电子-空穴分离效率（Bader电荷转移达0.953 e）。该膜在可见光下对多种污染物去除率≥98%，运行寿命延长30倍（600分钟），为解决光催化领域长期存在的活性-稳定性矛盾提供了新范式。

　　

Highlights

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  g–C₃N₄–Cu/GO光催化膜实现≥98%污染物去除率与600分钟超长稳定性

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  动态Cu⁺/Cu²⁺氧化还原循环与GO→rGO转化协同增强性能

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  二维异质结界面促进电荷分离（Bader电荷转移：GO 0.655 e，rGO 0.953 e）

材料与方法 (Materials and Methods)

材料 (Materials)

本研究所有材料详见支持信息（Test S1）。

光催化剂合成 (Synthesis of photocatalysts)

原始g-C₃N₄通过将40g尿素前驱体置于坩埚中合成。将带盖坩埚放入马弗炉，以2.6°C/分钟升温至550°C并保持4小时。Cu掺杂g-C₃N₄在相同条件下制备，煅烧前额外加入40mg CuCl₂·H₂O与尿素混合。

g-C₃N₄、g–C₃N₄–Cu及g–C₃N₄–Cu/GO膜制备 (Fabrication of membranes)

将原始g-C₃N₄（5 mg/mL）和g–C₃N₄–Cu（5 mg/mL）分散液取1mL，通过真空辅助自组装技术沉积至混合纤维素酯膜表面。对于g–C₃N₄–Cu/GO膜，先将g–C₃N₄–Cu与GO溶液（0.5 mg/mL）按质量比1:1混合，超声处理30分钟后同样过滤成膜。所有膜在60°C下干燥12小时后备用。

结论 (Conclusion)

本研究展示了g–C₃N₄–Cu/GO光催化膜的理性设计，通过电子结构调控与机械稳定性协同整合，实现了先进水净化功能。g–C₃N₄–Cu/GO的合成不仅增强结构稳定性，还抑制载流子复合并实现动态Cu⁺/Cu²⁺氧化还原循环。此外，GO向rGO的动态转化在提升长期物理稳定性（600分钟）与光催化性能方面发挥关键作用。