DOI: 10.1021/acsanm.9b00838

研究者设计并可控制地制备了具有新型Janus中空纳米纤维（ZnO / ZFO JHNFs）结构的ZnO / ZnFe₂O₄作为有效的光催化剂。首先，通过电纺丝技术制备了Fe（NO₃）₃ / Zn（NO₃）₂ / PVP复合纳米纤维。接下来，通过原子层沉积（ALD）方法将ZnO层逐层沉积在上述纳米纤维上，从而形成Fe（NO₃）₃ / Zn（NO₃）₂ / PVP @ ZnO纳米纤维。然后，煅烧后得到具有均匀异质结构分布的ZnO / ZFO JHNFs。通过调节ZnO层的ALD循环数，可以控制Janus结构中ZnO与ZnFe₂O₄的比例，从而影响内部电场。 Janus中空结构可以有效分离光生载流子，以及表面还原和氧化过程。对于亚甲蓝在可见光下的降解，ZnO/ZFO JHNFs的表观一阶速率常数（k_app）比具有随机分布异质结的电纺ZnO/ZnFe₂O₄纳米纤维和纯ZnFe₂O₄中空纳米纤维（ZFO-HNFs）的表观一阶速率常数（k_app）分别大2和17倍左右。实验还研究了Janus异质结的影响，用Al₂O₃作为ZnFe₂O₄与ZnO之间的阻挡层，形成了具有三明治结构的ZnO/Al₂O₃/ZnFe Fe₂O₄中空纳米纤维（ZnO/Al₂O₃/ZFO SHNFs）。ZnO/Al₂O₃/ZFO SHNFs的k_app仅为ZnO/ZFO JHNFs的1/12，略高于ZFO-HNFs，这说明Janus异质结中的电子转移过程是提高光催化性能的关键。此外，由于ZnFe₂O₄的铁磁性，在光催化实验后，ZnO/ZFO JHNFs在磁场下易于分离。ZnO/ZFO JHNFs具有良好的太阳光利用率和磁分离能力，在环境恢复和能量转换领域具有广阔的应用前景。此外，基于氧化物的Janus异质结可以为设计新型高效光催化剂提供新的思路。

图1.（a）ZnO / ZFO-1 JHNFs，（b）ZnO / ZFO-2 JHNFs，（c）ZnO / ZFO-3 JHNFs和（d）ZnO / Al₂O₃ / ZFO SHNFs的SEM图像。

图2.（a），（b）ZnO / ZFO-2 JHNFs的TEM图像，（c），（d）ZnO / ZFO-2 JHNFs的HRTEM图像。 （f）Zn，（g）O和（h）Fe的映射图像。

图3.（a）ZnO / Al2O3 / ZFO SHNFs的TEM图像。 （b）ZnO / Al2O3 / ZFO SHNFs的元素分布曲线。 （c）Zn，（d）O，（e）Fe和（f）Al的映射图像。

图4. ZnO / ZFO-1 JHNFs，ZnO / ZFO-2 JHNFs，ZnO / ZFO-3 JHNFs和ZnO / Al2O3 / ZFO SHNFs的XRD图。

图5.（a）XPS完全扫描光谱和（b）Zn 2p，（c）O 1s和（d）Fe 2p的高分辨率XPS光谱。

图6.（a）ZnO HNFs，ZFO HNFs，ZnO / ZFO-1 JHNFs，ZnO / ZFO-2 JHNFs，ZnO / ZFO-3 JHNFs和ZnO / Al2O3 / ZFO SHNFs的紫外可见光谱，（b）荧光光谱和（c）光电流。

图7.（a）MB的自降解（上图）和MB在不同样品上的吸附曲线（下图）。 （b）可见光下的MB降解曲线，以及（c）不同样品上的相应动力学线性拟合曲线。 （d）在存在不同清除剂的情况下，ZnO / ZFO-2 JHNFs上的MB降解。

图8.（a）可见光下能带图中的电荷分离过程。 （b）可见光下ZnO / ZFO JHNFs的横截面。 （c）ZnO / ZFO JHNFs中的电荷分离和载流子传输。 （d）ZnO / Al2O3 / ZFO SHNFs中Al2O3中间层的阻挡作用。 （e）能带图中ZnO / ZFO MHNFs的界面复合。 （f）可见光下ZnO / ZFO MHNFs的横截面。

图9.（a）ZnO / ZFO MHNFs的SEM图像，（b）光电流，（c）光催化测试，以及（d）不同样品的计算kapp值。

图10.（a）在室温下测量的ZFO HNFs和ZnO / ZFO-2 JHNFs的磁化曲线。左上插图：在零场附近放大的曲线。右下插图：光催化反应后具有ZnO / ZFO-2 JHNFs的溶液的沉降和磁分离照片。 （b）五个循环的ZnO / ZFO-2 JHNFs的光催化测试。