全固态Z-scheme机制在NiO–Au–ZnO三层薄膜增强光催化性能中的应用

《Nanoscale》：An all-solid-state Z-scheme mechanism in the enhanced photocatalytic performance of NiO–Au–ZnO triple-layer thin films

光催化材料NiO–Au–ZnO三明治结构通过连续Au中间层实现Z型电荷转移机制，使甲基橙降解率达98%且循环稳定性优异。

　　

尽管薄膜光催化剂具有高回收率和低二次污染等实际优势，但其性能往往受到与纳米粒子基光催化剂相比表面积较小的限制。本研究展示了制备了一种三层NiO–Au–ZnO异质结构，其光催化活性显著增强。该异质结构由溶液法制备的NiO和ZnO层以及可控溅射的Au中间层组成，具有明确的分层结构：NiO纳米颗粒、致密的Au薄膜和ZnO纳米棒。通过优化溅射工艺实现了Au中间层的连续性，这被认为是决定性能的关键因素。优化的NiO–Au–ZnO薄膜表现出优异的光催化活性，在180分钟后可将亚甲蓝降解98%，并且具有多次循环使用的良好重复性。通过UV-Vis、PL、XPS和清除剂测试等综合表征方法发现，这种性能提升是由全固态Z-scheme机制驱动的。在连续的Au中间层的促进下，该机制有效促进了载流子的分离，同时保持了各半导体材料的强氧化还原电位。值得注意的是，不连续的Au中间层会导致光催化性能意外下降，这种现象归因于共存的Z-scheme机制与II型p-n异质结路径之间的拮抗作用。这项工作强调了界面工程和精确纳米结构控制在薄膜系统中对于合理设计先进光催化材料的关键重要性。