DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122889

设计合理的异质结构半导体光催化剂可以提高光催化反应的活性。在这项工作中，研究者通过在一维In₂O₃电纺纳米纤维上生长超薄的二维ZnIn₂S₄纳米片，构建了一系列分层的ZnIn₂S₄/In₂O₃异质结构，并将其用作光催化剂以有效地光还原有毒的Cr（VI）。这种结构设计增加了比表面积，促进了光生电子和空穴的分离，并为催化反应提供了更多的活性位点。在可见光照射下，优化的ZnIn₂S₄/In₂O₃光催化剂表现出最高的光催化性能，在90分钟内对Cr（VI）（50 mg/L）的还原效率为100％，远高于纯In₂O₃和ZnIn₂S₄。此外，循环测试和X射线衍射（XRD）表征表明ZnIn₂S₄/In₂O₃光催化剂具有良好的稳定性，是一种很有前途的环境修复材料。最后，通过捕获实验和电子自旋共振（ESR）光谱测定了参与光还原过程的两种活性物质（e^˗和·O₂^˗）。最后，仔细研究了ZnIn₂S₄/In₂O₃异质结光催化体系的可能机理。

图1.（a）电纺In₂O₃纳米纤维的SEM图像。（b）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3异质结构的低倍和（c）高倍放大SEM图像。（d）由ZnIn₂S₄纳米片组装而成的ZnIn₂S₄微球的SEM图像。

图2.（a）电纺In₂O₃纳米纤维的TEM图像。（b）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3异质结构的低倍和（c）高倍放大TEM图像。（d）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3异质结构的SAED模式和（e）HAADF-STEM图像，以及相应的In、O、Zn和S元素的EDX图。

图3.制备的纯In₂O₃、ZnIn₂S₄和ZnIn₂S₄/In₂O₃异质结构的XRD图。

图4.ZnIn₂S₄/In₂O₃-3异质结构的高分辨率XPS（a）In 3d、（b）O 1s、（c）Zn 2p和（d）S 2p光谱。

图5.（a）所制备的ZnIn₂S₄/In₂O₃异质结构的紫外-可见漫反射光谱（DRS）。（b）对于In₂O₃和ZnIn₂S₄样品，（αhν）²与hν的关系图。（c-d）In₂O₃和ZnIn₂S₄（插图）样品的Mott-Schottky图和XPS价谱。

图6.（a）在可见光照射下不同制备样品上的Cr（VI）光催化还原。（b）用ZnIn₂S₄/In₂O₃-3样品处理的Cr（VI）水溶液的紫外-可见吸收光谱。（c-d）在不同制备样品上具有拟一级动力学和表观反应速率常数的相关拟合曲线。

图7.（a）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3样品对Cr（VI）光催化还原的多次循环测试。（b）循环测试前后ZnIn₂S₄/In₂O₃-3样品的XRD图谱。插图显示了循环测试后ZnIn₂S₄/In₂O₃-3样品的SEM图像。循环测试后，ZnIn₂S₄/In₂O₃-3样品的XPS分析：（c）全扫描和（d）Cr 2p光谱。

图8.（a）可见光照射下所制备样品的瞬时光电流和（b）稳态PL光谱。（c）在可见光照射下，在存在不同清除剂的情况下，ZnIn₂S₄/In₂O₃-3样品上的Cr（VI）光催化还原。（d）在DMPO-·O₂^-甲醇分散液中ZnIn₂S₄/In₂O₃-3样品的ESR光谱。