铜负载SiO2/g-C3N4光催化剂的工程构建及其在可见光驱动有机污染物高效去除中的应用研究

本研究通过将稻壳源介孔SiO2与g-C3N4纳米片复合并负载铜纳米颗粒（0.5–2 wt%），成功构建了高效可见光驱动催化剂Cu@SiO2/g-C3N4。该材料展现出卓越的光催化活性（2.5分钟完全还原4-硝基酚，70分钟降解93%罗丹明6G）和稳定性，其性能提升源于g-C3N4（电子供体）、SiO2（电子介体）与Cu（电子库）的协同作用，显著抑制电子-空穴复合，为太阳能驱动水净化提供了新策略。

　　

Materials and methods

稻壳（取自稻米加工厂）、尿素（> 99.0%）、盐酸（HCl，37%）、氢氧化钠（NaOH，≥ 97%）、硼氢化钠（NaBH₄，99.99%）、无水乙醇（99.5%）、硝酸铜三水合物（Cu(NO₃)₂·3H₂O，≥ 99.9%）、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（Pluronic-123，平均分子量~5800）、对硝基酚（4-NP）、罗丹明6G（Rh 6G）均购自Sigma Aldrich，直接使用未进一步纯化。

Results and discussion

本研究以稻壳废弃物为原料合成无定形二氧化硅纳米颗粒，通过简单溶剂法将其与g-C₃N₄纳米片复合形成SiO₂/g-C₃N₄纳米异质结，并采用化学还原法在异质结构表面负载铜纳米颗粒（图1）。通过多种技术对SiO₂、g-C₃N₄、SiO₂/g-C₃N₄及2%Cu@SiO₂/g-C₃N₄样品进行晶体结构与物相鉴定。

Conclusion

本研究通过环境友好方法成功合成可见光活性Cu@SiO₂/g-C₃N₄纳米复合材料，将稻壳源介孔二氧化硅与g-C₃N₄集成并沉积铜纳米颗粒。综合表征证实该异质结结构稳定、功能高效，具有增强的表面特性与改进的光生电荷分离能力。其光催化与催化活性显著提升。