界面工程设计的阶梯型g-C3N4/Co/CFO异质结构增强水体系有机污染物光催化降解性能研究

　　本推荐介绍一项通过构建S型异质结光催化剂（g-C3N4/Co/CuFe2O4）显著提升可见光催化降解效率的研究。该材料将带隙从2.62 eV降至2.41 eV，对环丙沙星（CIP）和溴百里酚蓝（BTB）的40分钟降解率分别达97.4%和95%，为废水治理提供高效稳定解决方案。

　　

Highlight

Materials

实验采用六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、三水合硝酸铜（Cu(NO₃)₂·3H₂O）和九水合硝酸铁（Fe(NO₃)₃·9H₂O）作为金属源，三聚氰胺（C₃H₆N₆）制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄），溴百里酚蓝（BTB）和本地采购的环丙沙星（C₁₇H₁₈FN₃O₃）作为目标污染物。

XRD and FTIR

X射线衍射（XRD）分析显示：g-C₃N₄在13°处出现（100）晶面峰（对应三-s-三嗪单元层状排列，d间距约0.65 nm），27°处（002）峰（芳环堆叠特征，间距0.35 nm）。Co/CuFe₂O₄纳米颗粒成功锚定于g-C₃N₄表面，形成清晰异质界面。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实材料中存在Cu–O、Fe–O等金属键振动及三嗪环特征吸收峰。

Hybrid advanced oxidation process: photocatalysis coupled with photo-Fenton reaction

以环丙沙星（CIP）为模型污染物，在可见光照射40分钟内评估光催化性能。g-CN/Co/CFO复合体系表现出显著协同效应：单独光解作用微弱，而复合催化剂通过光催化-光芬顿耦合机制实现97.4%的CIP降解。自由基捕获实验证实超氧自由基（•O₂^?）和空穴（h⁺）是主导活性物种，羟基自由基（•OH）次之。

Conclusion

通过共沉淀-煅烧法成功构建gCN/Co/CFO阶梯型（S-scheme）异质结。二维片状gCN与Co/CFO纳米颗粒复合有效增大比表面积并强化界面电荷传输。能带结构调控使带隙从2.62 eV降至2.41 eV，显著提升可见光吸收与电子-空穴分离效率。该研究为设计高效稳定的废水处理光催化剂提供了新策略。