DOI: 10.1016/j.jenvman.2023.117397

含金属氧化物的先进微纳米结构的生长一直是能源和环境应用的研究重点。先进的纳米结构具有高反应位点和表面积，从而有利于增强其在关键领域的使用性能。在这项研究中，作者利用简便的水热合成工艺制备了锋利的铅笔型ZnO花、BiOI薄片（原始材料）、ZnO-BiOI@CNFs（异质杂化催化剂）以及二元组合物，如ZnO-BiOI、ZnO@CNFs和BiOI@CNFs催化剂。在太阳模拟器照射下，对新产生的创新纳米结构进行了偶氮染料降解试验。混合催化剂（ZnO-BiOI@CNFs）在120min辐照期间降解了约95%的染料，分别比原始ZnO和BiOI纳米结构高出约1.8和2.1倍。改进的混合催化剂能够降解甲基橙（MO）和罗丹明B（RhB）染料。重要的是，使用混合催化剂时，混合染料RhB、MO和偶氮染料的降解率高达47%。该混合催化剂的突出性能可归因于高表面积和反应位点、以及单向电子流。此外，CNFs可以作为电子陷阱和受体，提供非常快速的氧化还原反应。总之，这项工作为生产具有均匀形态的复杂纳米结构以实现能源和环境应用提供了新的见解。

图1.通过水热法合成锋利的铅笔型ZnO、ZnO-BiOI薄片和ZnO-BiOI@CNFs的示意图。

图2.（a）ZnO、BiOI、Zn@CNFs、Bi@CNFs、Zn-Bi和Zn-Bi@CNFs的XRD光谱；（b）BiOI、（c）Bi@CNFs、Zn-Bi和Zn-Bi@CNFs的放大图（58°-80°）；（d）BiOI、ZnO和Zn-Bi@CNFs的FTIR和（e）拉曼光谱。

图3.（a-c）ZnO、（e-g）BiOI、（i-k）Zn-Bi和（m-o）Zn-Bi@CNFs材料在不同放大倍率下的FE-SEM图像。（d,h,l,p）所得形态的图示。

图4.（a,b）Zn-Bi@CNFs复合材料在不同放大倍率下的TEM图像。（c）CNFs、（d）BiOI和（e）ZnO的HR-TEM图像；插图显示IFFT图像及其衍射平面。（f）用于元素分析的Zn-Bi@CNFs的TEM图像。（g-k）相应样品中Bi、O、I、Zn和C的元素映射图像。（l）Zn-Bi@CNFs复合材料的SAED图谱。

图5.（a）Zn-Bi@CNFs样品的XPS全扫描光谱；（b）Bi4f、（c）I3d、（d）Zn2p、（e）O1s和（f）C1s的高分辨率光谱。

图6.ZnO、Zn@CNFs、BiOI、Bi@CNFs、Zn-Bi和Zn-Bi@CNFs的UV-DRS（a）吸收和（b）反射光谱，（c）使用Kubelka Munk方程由反射光谱计算的能带隙，以及（d）FL光谱。

图7.（a）偶氮染料光催化降解的紫外-可见吸收光谱。（b）所有合成催化剂的偶氮染料降解性能。（c）使用Zn-Bi@CNFs催化剂的各种染料降解情况。（d）Zn-Bi@CNFs催化剂用于偶氮染料降解的可重复使用性测试结果。

图8.（a）重复使用性测试后Zn-Bi@CNFs催化剂的XRD、（b）FTIR和（c,d）FE-SEM图像。

图9.（a）混合染料光催化降解的紫外-可见吸收光谱。（b）混合染料降解性能。（c）Zn-Bi@CNFs催化剂的混合染料降解率。

图10.（a）BiOI和ZnO界面接触前，（b）BiOI-ZnO@CNFs界面接触后及其染料光催化降解机理。