光催化技术作为一种新兴的绿色技术，为塑料废弃物的处理提供了新的思路。通过光催化剂的作用，在光照条件下将塑料转化为有价值的化学品和氢气，不仅可以实现废弃塑料的资源化利用，还能有效减轻环境负担。

硒化锌（ZnSe）作为一种硫族化物光催化剂，因其合成工艺简单、能带结构适宜及低毒性等特点备受关注。然而，光腐蚀效应与光生电子-空穴对的高复合率严重制约其催化效率。通过设计具有高晶格匹配度的ZnO/ZnSe Z型异质结，可有效调控界面电荷动力学并提升光稳定性，从而实现塑料降解与产氢的高效协同催化。文中采用原位阴离子交换法成功构建ZnO/ZnSe Z型异质结光催化剂。实验表明，该异质结对塑料的光催化降解效率分别是单一ZnO和ZnSe的6.1倍和2.9倍。

通过构建 ZnO/ZnSe Z 型异质结光催化剂，实现了高效的光催化塑料降解和产氢性能。该研究不仅为废弃塑料的资源化利用和氢能生产提供了新的技术手段，而且为光催化剂的设计和优化提供了重要的理论依据。

（1）光催化性能提升：ZnO/ZnSe-2 异质结光催化剂使 PET 塑料降解产生的有机物达 52.8 μmol，分别是纯 ZnO 和 ZnSe 的 6.1 倍和 2.9 倍；光催化产氢速率为 123.2 μmol·h⁻¹，分别是纯 ZnO 和 ZnSe 的 5.4 倍和 2.8 倍。

（2）电荷传输与分离特性：ZnO/ZnSe 异质结载流子迁移率是 ZnSe 的 15.74 倍，ZnO/ZnSe-2 异质结光电流密度为 367 μA·cm⁻²，分别是纯 ZnO 和 ZnSe 的约 7.23 倍和 3.98 倍。

（3）催化剂稳定性与可扩展性：ZnO/ZnSe-2 异质结光催化剂稳定性强，八次循环测试后性能不衰减；制备方法简单，成本低，具有良好的可扩展性。

研究中采用了多种测试表征技术，包括X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）、电子顺磁共振（EPR）、飞行时间法载流子迁移率（TOF）测量以及电化学工作站测试等。

图 1. ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 异质结的 XRD 图谱

图 2.（a）ZnO、（b）ZnO/ZnSe-1、（c）ZnO/ZnSe-2、（d）ZnO/ZnSe-3、（e）ZnSe 的扫描电子显微镜（SEM）图；（f）ZnO/ZnSe-2 的横截面 SEM 图；（g）透射电子显微镜（TEM）图；（h）高分辨率 TEM（HRTEM）图；（i）ZnO/ZnSe 异质结的元素分布图

图 3. ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 异质结的 X 射线光电子能谱（XPS）

（a） 全谱图，（b）Se 3d 谱图，（c）Zn 2p 谱图

图 4.（a）ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 异质结光催化降解 PET（12 小时后）的有机产物图；（b）ZnO/ZnSe 异质结在光催化降解 PET 前后的¹H NMR 光谱图；（c）不同产物的光催化产氢速率随时间的变化图；（d）平均产氢速率图；（e）ZnO/ZnSe-2 复合材料的光催化产氢稳定性；（f）ZnO/ZnSe-2 复合材料在不同单色光照射波长下的氢气生成表观量子效率（AQY）图

图 5.（a）紫外-可见吸收光谱图；（b）由 ZnO 和 ZnSe 的紫外-可见光谱转换得到的Kubelka-Munk曲线图；（c）ZnSe 和 ZnO 的 Mott-Schottky 图；（d）ZnO 和 ZnSe 的能带结构图

图 6.（a）ZnSe 和（b）ZnO/ZnSe 异质结在405 nm激光下的飞时间（TOF）测量结果，插图为电荷传输时间与偏压倒数的关系图；（c）电子顺磁共振（EPR）谱图；（d）ZnO、ZnSe 及 ZnO/ZnSe 异质结在光照条件下的电流-时间（I-t）曲线图

图 7.（a）原位 XPS 装置的示意图；（b）ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 在有无光照条件下的高分辨率 XPS 谱图（Se 3d）；（c）ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 在有无光照条件下的高分辨率 XPS 谱图（O 1s）；（d）Z 型 ZnO/ZnSe 异质结构中电荷转移机制的示意图

图 飞行时间法迁移率测量仪FlyTOF

东谱科技早于2019年推出该高度集成化自动化飞行时间法迁移率测量仪FlyTOF，测试功能包括：电子迁移率、空穴迁移率、水平/表面电子迁移率、水平/表面空穴迁移率、载流子二维成像、基于TOF瞬态光电流。

▍引用文章

In situ construction of Z-scheme ZnO/ZnSe heterojunction for enhanced photocatalytic plastic degradation and hydrogen production 

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163125