ZnO/g-C3N4光催化剂

ZnO是一种传统的单组分材料，因光敏性高、成本低以及对人体无害等特性受到广泛专注。但是，纯 ZnO 的光催化活性由于光生电子-空穴的快速复合而受到限制，这制约了 ZnO 在光催化领域的大规模应用。石墨相碳氮化物是一种新兴的碳基聚合物半导体材料，其前驱体资源丰富、热稳定性和化学稳定性好、可见光响应强、合适的能带结构使其具备较高的水还原和氧化活性。将金属氧化物纳米材料与碳纳米材料结合可以形成良好匹配的能带结构，这是一种高效可行的方案。高分子网络凝胶法具有成本低、工艺简单、合成速度快等特点，广泛用于金属氧化物纳米粒子的合成。

以双氰胺为原料，采用简易的高分子网络凝胶法制备了具有超薄非晶 g-C3N4层的核-壳结构ZnO/g-C3N4纳米复合光催化剂。当原料中氧化锌和双氰胺的摩尔比为 1∶1时，复合光催化剂的壳层厚度约为 3 nm，异质结界面清晰，在模拟光和可见光的照射下具有最佳的降解有机染料污染物活性。在光催化过程中，核-壳结构可有效促进ZnO与g-C3N4之间的电荷转移。

g-C3N4的导带的能级比ZnO更低，导致 g-C3N4壳层的导带电子可以通过核-壳异质界面间的电位差移动至ZnO的导带中，ZnO导带上积累的电子与氧分子反应生成·O2– 。类似地，g-C3N4的价带比 ZnO偏负，ZnO价带中的空穴由于电位差流向g-C3N4的价带，g-C3N4价带上积累的空穴可直接或生成·OH来氧化降解有机物。因此异质结构可以实现光生电子-空穴得有效分离，更好地促进光催化反应的进行，并且该催化剂具备良好的稳定性和可重复利用性。