近几十年来，经济发展以及工业和农业的进步导致了能源短缺和环境污染，对人类构成了严峻挑战，特别是水中的有机污染物处理。鉴于全球能源危机和太阳能的可持续性，阳光驱动的光催化降解被广泛认为是最有前景的策略之一。因此，寻找能有效利用阳光的光催化材料引起了相当大的关注。[1], [2], [3] 在典型的光催化中，带隙激发产生电子 - 空穴对，它们迁移到催化剂表面，在那里与吸附的分子参与氧化还原反应，产生自由基如 ·O2-（来自 O2 还原）和 ·OH（来自 H2O/OH- 氧化），两者都是降解有机污染物的强氧化剂。[4] 然而，光催化剂的工业应用受到其效率不足的限制，特别是在可见光下光催化活性低。因此，开发无贵金属、高效可见光驱动的光催化剂至关重要。[5], [6], [7], [8]
在众多半导体中，氧化亚铜（Cu2O）是一种 p 型半导体，直接带隙约为 2.2 eV，能有效利用可见光照射（λ < 570 nm）。然而，其价带虽然氧化性不强，但易受光生空穴的光腐蚀，从而降低其光催化性能。异质结构建是克服单一光催化剂固有局限性的广泛采用策略，如快速电荷复合和光吸收范围窄。[9] 在各种异质结架构中，Z 型构型特别吸引人，因为它通过使低能量载流子选择性复合，同时保留两种半导体外带边缘上强还原性的电子和氧化性的空穴，模拟了自然光合作用。[10] ZnO 由于其合适的直接带隙（3.2 eV）、高激子结合能（60 meV）、优异的电子迁移率和强氧化还原电位而特别引人注目。然而，其快速载流子复合、易受光腐蚀和有限的可见光吸收限制了其广泛应用。[11], [12], [13], [14], [15], [16] 解决这些问题的一个有效策略是将 ZnO 与另一种窄带隙半导体耦合形成异质结构，这可以显著增强载流子分离。[9], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24] 因此，ZnO 是与 Cu2O 复合的理想可见光驱动光催化剂。此外，锌是地球上丰富且相对便宜的金属，使其具有竞争性的商业价值。石墨氮化碳（g-C3N4）是一种二维无金属聚合物材料，具有相对较窄的 2.7 eV 带隙。由于具有合适的带位、可见光响应和无金属特性，g-C3N4 已成为构建 Z 型异质结的通用组分。[8], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32] 当 ZnO 与 g-C3N4 耦合形成 Z 型异质结时，电荷分离遵循 Z 型路径，这增强了光催化性能。[9], [33], [34], [35], [36] 此外，将 ZnO 与 Cu2O 耦合可以形成 p-n 异质结，这最大化了对阳光的利用，并提高了电子 - 空穴分离效率以及光催化活性。[20], [22], [37], [38], [39] Peng 等人制备了一种新型 g-C3N4/Cu2O 复合光催化剂。与裸露的 Cu2O 和 g-C3N4 相比，在可见光照射下，g-C3N4/Cu2O 复合物在降解酸性橙 II (AO-ii) 方面表现出显著增强的光催化活性。[40] 总之，尽管有关于涉及 ZnO 或 Cu2O 的二元半导体复合物的许多报告，[5], [41], [42], [43], [44], [45] 但很少有研究关注 Cu2O/ZnO/g-C3N4 三元复合材料。[19] 表 1 总结了先前报道的基于 Cu2O、ZnO 或 g-C3N4 的光催化剂制备的三元复合材料的染料降解效率。总体而言，本工作合成的三元材料在可比条件（可见光照射和光强）下表现出卓越的光催化活性。
在本工作中，通过简单的共煅烧和水热法开发了一种新型无贵金属三元复合材料 Cu2O-ZnO/g-C3N4。将 Cu2O、ZnO 和 g-C3N4 集成到一个三元异质结系统中，其中三种组分表现出紧密接触的界面和明显不同的形貌，已通过 XRD、FTIR、SEM 和 HRTEM 证实。基于 VB-XPS、Mott–Schottky 和 DRS 测量的详细能带分析，证明了同一复合物中同时形成 Z 型和 p–n 异质结。这种独特的双结架构不仅促进了空间电荷分离，还保留了电子的强还原性和空穴的氧化能力，导致瞬态光电流显著增强和 PL 发射大幅降低。结果，Cu2O–ZnO/g-C3N4 上的甲基橙 (MO) 光催化降解分别约为 Cu2O/g-C3N4、Cu2O 和 Cu2O/ZnO 上的 3.7 倍、8.0 倍和 20.7 倍。此外，ESR 和光电流实验明确鉴定超氧（·O2-）和羟基（·OH）自由基为主要活性物种，进一步证实了提出的电荷转移机制。
