光催化技術作為一種新興的綠色技術，為塑料廢棄物的處理提供了新的思路。通過光催化劑的作用，在光照條件下將塑料轉化為有價值的化學品和氫氣，不僅可以實現廢棄塑料的資源化利用，還能有效減輕環境負擔。

硒化鋅（ZnSe）作為一種硫族化物光催化劑，因其合成工藝簡單、能帶結構適宜及低毒性等特點備受關注。然而，光腐蝕效應與光生電子-空穴對的高複合率嚴重製約其催化效率。通過設計具有高晶格匹配度的ZnO/ZnSe Z型異質結，可有效調控界面電荷動力學並提升光穩定性，從而實現塑料降解與產氫的高效協同催化。文中采用原位陰離子交換法成功構建ZnO/ZnSe Z型異質結光催化劑。實驗表明，該異質結對塑料的光催化降解效率分別是單一ZnO和ZnSe的6.1倍和2.9倍。

通過構建 ZnO/ZnSe Z 型異質結光催化劑，實現了高效的光催化塑料降解和產氫性能。該研究不僅為廢棄塑料的資源化利用和氫能生產提供了新的技術手段，而且為光催化劑的設計和優化提供了重要的理論依據。

（1）光催化性能提升：ZnO/ZnSe-2 異質結光催化劑使 PET 塑料降解產生的有機物達 52.8 μmol，分別是純 ZnO 和 ZnSe 的 6.1 倍和 2.9 倍；光催化產氫速率為 123.2 μmol·h⁻¹，分別是純 ZnO 和 ZnSe 的 5.4 倍和 2.8 倍。

（2）電荷傳輸與分離特性：ZnO/ZnSe 異質結載流子遷移率是 ZnSe 的 15.74 倍，ZnO/ZnSe-2 異質結光電流密度為 367 μA·cm⁻²，分別是純 ZnO 和 ZnSe 的約 7.23 倍和 3.98 倍。

（3）催化劑穩定性與可擴展性：ZnO/ZnSe-2 異質結光催化劑穩定性強，八次循環測試後性能不衰減；製備方法簡單，成本低，具有良好的可擴展性。

研究中采用了多種測試表征技術，包括X射線衍射（XRD）、場發射掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X 射線光電子能譜（XPS）、紫外-可見漫反射光譜（UV-vis）、電子順磁共振（EPR）、飛行時間法載流子遷移率（TOF）測量以及電化學工作站測試等。

圖 1. ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 異質結的 XRD 圖譜

圖 2.（a）ZnO、（b）ZnO/ZnSe-1、（c）ZnO/ZnSe-2、（d）ZnO/ZnSe-3、（e）ZnSe 的掃描電子顯微鏡（SEM）圖；（f）ZnO/ZnSe-2 的橫截面 SEM 圖；（g）透射電子顯微鏡（TEM）圖；（h）高分辨率 TEM（HRTEM）圖；（i）ZnO/ZnSe 異質結的元素分布圖

圖 3. ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 異質結的 X 射線光電子能譜（XPS）

（a） 全譜圖，（b）Se 3d 譜圖，（c）Zn 2p 譜圖

圖 4.（a）ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 異質結光催化降解 PET（12 小時後）的有機產物圖；（b）ZnO/ZnSe 異質結在光催化降解 PET 前後的¹H NMR 光譜圖；（c）不同產物的光催化產氫速率隨時間的變化圖；（d）平均產氫速率圖；（e）ZnO/ZnSe-2 複合材料的光催化產氫穩定性；（f）ZnO/ZnSe-2 複合材料在不同單色光照射波長下的氫氣生成表觀量子效率（AQY）圖

圖 5.（a）紫外-可見吸收光譜圖；（b）由 ZnO 和 ZnSe 的紫外-可見光譜轉換得到的Kubelka-Munk曲線圖；（c）ZnSe 和 ZnO 的 Mott-Schottky 圖；（d）ZnO 和 ZnSe 的能帶結構圖

圖 6.（a）ZnSe 和（b）ZnO/ZnSe 異質結在405 nm激光下的飛時間（TOF）測量結果，插圖為電荷傳輸時間與偏壓倒數的關系圖；（c）電子順磁共振（EPR）譜圖；（d）ZnO、ZnSe 及 ZnO/ZnSe 異質結在光照條件下的電流-時間（I-t）曲線圖

圖 7.（a）原位 XPS 裝置的示意圖；（b）ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 在有無光照條件下的高分辨率 XPS 譜圖（Se 3d）；（c）ZnO、ZnSe 和 ZnO/ZnSe 在有無光照條件下的高分辨率 XPS 譜圖（O 1s）；（d）Z 型 ZnO/ZnSe 異質結構中電荷轉移機製的示意圖

圖 飛行時間法遷移率測量儀FlyTOF

東譜科技早於2019年推出該高度集成化自動化飛行時間法遷移率測量儀FlyTOF，測試功能包括：電子遷移率、空穴遷移率、水平/表面電子遷移率、水平/表面空穴遷移率、載流子二維成像、基於TOF瞬態光電流。

▍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