现代工业化导致了日益严重的环境污染,严重损害了空气、水和土壤的质量。这种持续的环境退化对公共健康构成重大威胁,并削弱了自然生态系统的稳定性和韧性[1],[2],[3],[4],[5]。吸附、电化学过程和光催化已被广泛用于去除废水中的有机污染物和重金属[6]。其中,光催化因其环境友好性和高降解效率而成为一种特别有前景的技术,为环境修复提供了可持续的方法。迄今为止,大量研究集中在提高半导体光催化剂的可见光吸收能力和改善电荷载流子分离上,这是决定光催化性能的两个关键因素[7],[8],[9]。尽管取得了显著进展,但开发高效可见光驱动的光催化剂仍具有挑战性。
最近,由地球丰富元素组成的聚合物g-C3N4光催化剂因其合适的带隙(约2.7 eV)、低成本以及良好的热稳定性和化学稳定性而受到广泛关注。然而,快速的电荷复合和低电导率仍然限制了g-C3N43N4的光吸收能力和电荷载流子分离,人们采用了多种方法,包括元素掺杂、纳米结构工程和构建基于g-C3N4的异质结构[10],[11],[12],[13]。Zn3In2S6(ZIS)是一种具有合适带结构和良好光吸收能力的有前景的可见光响应型三元金属硫化物光催化剂。然而,快速的电荷复合和颗粒聚集限制了其独立性能。目前的努力集中在异质结构构建、缺陷工程和形态控制上,这些措施显著提高了Zn3In2S6基材料在氢生产、CO2还原、污染物降解和光催化合成方面的性能[14],[15],[16],[17]。在我们之前的研究中,由纳米片组装的类似花朵的ZIS结构显示出强烈的能量吸收和有效的染料降解能力,但循环稳定性较差。
碳点(CDs)是一类源自丰富且可持续来源的新型纳米材料,自2004年以来受到广泛关注。其扩展的光吸收能力、增强的电子转移和改善的材料稳定性使得基于CDs的复合材料在能量转换和环境净化领域具有广泛的应用前景[18],[19],[20]。近年来,将CDs与各种半导体基底结合已成为提高光催化材料效率和稳定性的有效策略。例如,改性的TiO2、g-C3N4、ZnO等成熟光催化剂在氢生成、有机污染物降解和CO2还原为高价值燃料等关键应用中表现出显著的性能提升[21],[22],[23],[24]。这种提升归因于复合材料的制备过程,在此过程中CDs表面的羟基和羧基作为成核位点,与半导体基底形成牢固的界面键。
在本研究中,我们成功制备了一种异质结构复合材料S掺杂g-C3N4/Zn3In2S6/碳点(SCN/ZIS/CDs),通过在S-g-C3N4纳米片上生长三维花朵状的Zn3In2S6和槐花衍生物CDs实现了紧密接触的界面。该复合材料在同时去除多种污染物(RhB和Cr(IV))方面表现出高效性能。SCN/ZIS/CDs异质结复合材料在化学组成、形态、物理化学性质和光电性能方面进行了系统表征。在RhB和Cr(VI)共存条件下评估了光催化剂的效率和化学稳定性,并系统研究了其反应机制。此外,还考虑了实际废水系统的复杂性,考察了pH值、有机化合物和无机物质对光催化活性的影响。SCN/ZIS/CDs异质结光催化剂为在可见光下同时去除多种污染物提供了一种优雅且高效的解决方案,兼具成本效益和出色的光催化性能。