Een ternair magnetisch recyclebaar ZnO/Fe3O4/g-C3N4 composiet fotokatalysator voor efficiënte fotodegradatie van monoazo kleurstof

Resultaten en discussie

XRD

Röntgendiffractie (XRD) analyse werd gebruikt om de fasestructuren van de ZnO, g-C₃ N₄ , en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ composieten met verschillende g-C₃ N₄ ladingen. De resultaten zijn weergegeven in Fig. 1. De pieken van de ZnO-monsters op 2θ =31,81°, 34,44°, 36,21°, 47,60°, 56,62°, 63,01° en 67,97° komen overeen met de (100), (002), (101), (102), (110), (103) en (112) kristalvlakken van de hexagonale wurtzietstructuur van ZnO. Alle relevante diffractiegegevens voor de ZnO kwamen goed overeen met de JCPDS 36-145 [17]. De sterkste piek van de g-C₃ N₄ monster komt overeen met het (002) vlak van zijn laagstructuur bij 2θ =27,3°. Zoals gemeld, de g-C₃ N₄ structuur heeft een zwakke diffractiepiek bij 2θ =13,2°, wat wordt toegeschreven aan het (100) kristalvlak van g-C₃ N₄ . De breedte van de diffractiepiek nam af, wat wijst op de invloed van geometrische beperkingen op de nanoporiënwand [7]. De XRD-patronen van de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -x monsters bevatten alle typische pieken van g-C₃ N₄ , ZnO en Fe₃ O₄ . De diffractiepieken op 30,4°, 35,7° en 43,4° komen overeen met de (220), (311) en (400) vlakken van Fe₃ O₄ [18, 19]. Bovendien is de piekintensiteit van de karakteristieke piek van g-C₃ N₄ werd geleidelijk versterkt met een verhoging van de hoeveelheid g-C₃ N₄ , terwijl de piekintensiteit van ZnO en Fe₃ O₄ geleidelijk afgenomen. Geen g-C₃ N₄ karakteristieke piek werd waargenomen in de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -20% monsters, wat kan worden toegeschreven aan het lage gehalte aan g-C₃ N₄ in de composiet. Uit de XRD-analyseresultaten werden geen andere pieken waargenomen in alle monsters, wat de hoge zuiverheid van de monsters bevestigt.

XRD-patronen van ZnO, g-C₃ N₄ , ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -20%, ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -70%

TEM en EDS

De structuur van het monster werd geëvalueerd met behulp van TEM, zoals weergegeven in Fig. 2. Het TEM-beeld van puur ZnO geeft de typische hexagonale wurtzietstructuur weer (Fig. 2a), wat consistent is met de XRD-resultaten. De TEM-afbeelding van g-C₃ N₄ (Fig. 2b) toont de gelaagde bloedplaatjesachtige morfologiestructuur en gladde, dunnere vellen met papiervouw, die vergelijkbaar is met de morfologie van grafeen-nanovellen. Zoals te zien is op de TEM-afbeelding van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% (Fig. 2c), een grote hoeveelheid fotokatalysatoren geaccumuleerd op de gelaagde structuur van g-C₃ N₄ . De EDS-resultaten voor ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% wordt weergegeven in Fig. 3. Het is te zien dat het monster pieken van Zn-, C-, N-, Fe- en O-elementen bevatte, wat ook bewees dat de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ composiet werd met succes voorbereid. De piekwaarde van Fe is echter relatief laag, wat suggereert dat het gehalte aan Fe₃ O₄ is laag in ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ composieten. Aangezien Cu als drager werd gebruikt in de TEM-analyse, werden karakteristieke pieken van Cu gedetecteerd in de EDS-analyse [20].

TEM-afbeeldingen van a ZnO, b g-C₃ N₄ , en c ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%

EDX van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%

XPS

Om de oppervlaktesamenstelling en chemische toestanden van de bereide composietkatalysatoren te onderzoeken, werd XPS uitgevoerd op ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%. De spectrumscan van het onderzoek onthult de aanwezigheid van C, N, O, Zn en Fe (figuur 4a). Figuur 4b laat zien dat de C 1s drie karakteristieke pieken heeft. De piek bij 284,6 eV wordt toegeschreven aan de koolwaterstoffen in het XPS-instrument en de sp2-gehybridiseerde koolstofatomen in de aromatische ring, die waren gebonden aan N (N–C=N). De andere piek wordt toegeschreven aan de sp3-hybride koolstofbron (C–(N)₃ ) met een bindingsenergie van 286.5 eV. De piek bij de bindingsenergie van 287,8 eV wordt toegeschreven aan de C–N–C in de grafietfase [21]. Het N 1s XPS-spectrum wordt weergegeven in figuur 4c. Een belangrijke piek was bij 397,9 eV, wat overeenkomt met de aromatische tussen N- en twee C-atomen (C =N-C). Een zwakkere karakteristieke piek bevindt zich bij 399,2 eV, wat voornamelijk wordt toegeschreven aan de tristikstof (N–(C)₃ ) die de basisstructuur verbindt (C₆ N₇ ), of de aminogroepen die verband houden met de structurele defecten en onvolledige condensatie ( (C)₂ –N–H) [22]. Het XPS-spectrum van O 1s wordt weergegeven in Fig. 4d, en de piek bij 530,1 eV komt overeen met de O₂ − ion in de Zn-O binding van de ZnO hexagonale wurtzietstructuur [23]. De piek bij 531,8 eV komt overeen met het zuurstoftekort in ZnO. In het Zn 2p XPS-spectrum (Fig. 4e) zijn er twee karakteristieke pieken bij de bindingsenergieën van 1021,4 ev en 1044,3 eV, en de afstand tussen de twee pieken is 22,9 eV, wat is opgenomen in de standaardreferentiewaarde van zinkoxide . Het bindingsenergieverschil geeft aan dat het zinkion in de composiet zich in +2 toestanden bevond [23]. In het XPS-spectrum van de Fe 2p (Fig. 4f) bevinden de twee pieken zich op 710,6 ev en 724,4 eV, wat overeenkomt met respectievelijk de 2p1/2- en 2p3/2-orbitalen [24]. Deze resultaten laten zien dat g-C₃ N₄ zijn samengesteld op het ZnO, wat de absorptie van zichtbaar licht kan bevorderen en de overdracht en scheiding van ladingsdragers kan verbeteren; dus, het verbeteren van de fotokatalytische activiteit [25].

XPS-spectra van het gesynthetiseerde ZnO/Fe₃ O_4/ g-C₃ N₄ -50%:een onderzoek van de steekproef, b C 1s, c N 1s, d O1s, e Zn 2p en f Fe 2p

UV-vis DRS

Diffuse reflectiespectroscopie werd gebruikt om het lichtabsorptiegedrag van de fotokatalysatoren te onderzoeken. De resultaten zijn weergegeven in Fig. 5. De absorptie van licht met een significante roodverschuiving kan de fotokatalytische prestatie in het zichtbare gebied verbeteren. In het ultraviolette gebied vertoonde het zuivere ZnO een sterke absorptie bij de golflengte van 388 nm, wat overeenkomt met een bandafstand van 3,20 eV. Anders dan het ZnO-absorptiegedrag, g-C₃ N₄ levert een absorptieverschuiving op bij 460 nm, en de overeenkomstige bandgap-energie was 2,70 eV, wat wijst op een hogere respons voor fotokatalytische activiteit onder zichtbaar licht [26]. Vergeleken met puur ZnO of g-C₃ N₄ , de absorptierand van de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ composietmateriaal verschoof significant naar een langer golflengtegebied, wat suggereert dat de absorptierand van het composietmateriaal verschoof naar het lagere energiegebied. Deze resultaten kunnen te wijten zijn aan de synergetische relatie tussen g-C₃ N₄ en ZnO in de samengestelde monsters, wat consistent is met het rapport van Le et al. [7]. De roodverschuiving van de absorptierand van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ verhoogd met een toename van de g-C₃ N₄ laden tot 50%. De absorptierand nam echter af toen de g-C₃ N₄ belading was 70%. De afname van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -70% kan zijn omdat g-C₃ N₄ belasting boven het optimale niveau kan de absorptie van de lichtintensiteit door ZnO afschermen. Daarom is van alle voorbereide monsters de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% composiet vertoonde de meest uitgebreide en sterkste absorptie van zichtbaar licht. Dit is vergelijkbaar met de resultaten verkregen door Jo et al., die rapporteerden dat ZnO-50%/g-C₃ N₄ vertoonden de sterkste absorptie van zichtbaar licht [1]. Het composietmateriaal vertoonde de sterkste lichtabsorptie voor zichtbaar licht, wat de vorming van elektron-gatparen onder bestraling met zichtbaar licht verhoogde, wat resulteerde in een hogere fotokatalytische activiteit.

UV-vis diffuse reflectiespectra van ZnO, g-C₃ N₄ , ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -20%, ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -70%

PL

Het effect van de synergetische relatie tussen ZnO en g-C₃ N₄ op de fotokatalyse werd verder geëvalueerd met behulp van PL. De PL-spectra van ZnO, g-C₃ N_4, en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% wordt weergegeven in Fig. 6. De excitatiegolflengte was 300 nm en de PL van de monsters werd getest bij kamertemperatuur. De emissiespectra in het bereik van 300-800 nm werden geregistreerd. Het is algemeen bekend dat bij de recombinatie van elektron-gatparen in halfgeleiders energie vrijkomt in de vorm van PL. In het algemeen duidt een lagere PL-intensiteit op een lagere recombinatiesnelheid van dragers, wat leidt tot efficiënte fotokatalytische activiteit. In het PL-spectrum, g-C₃ N₄ vertoonde een sterke emissiepiek bij ongeveer 460 nm, wat in overeenstemming is met de UV-vis-resultaten (Fig. 5) en literatuur [7]. De emissiepiek van zuiver ZnO was lager dan die van g-C₃ N₄ , bij ongeveer 410 nm [21]. Vergeleken met de PL-piek van puur ZnO, is de emissiepiek van de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% samengestelde fotokatalysator was roodverschoven en de piekintensiteit was aanzienlijk verminderd. Bovendien, PL piekintensiteit van de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% samengestelde fotokatalysator was het laagst. Op basis van deze resultaten werd geconcludeerd dat de elektron-gat-paren die door de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% nanocomposieten onder bestraling met zichtbaar licht kunnen effectief worden overgedragen op het grensvlak van de heterostructuur. Zo nam de elektron-gat-recombinatiesnelheid af, wat resulteerde in de hoogste fotokatalytische activiteit onder bestraling met zichtbaar licht.

PL-spectra van ZnO, g-C₃ N₄ , en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%

Elektrochemische analyse

De fotokatalytische redoxreacties tussen de scheiding, migratie en vangst van fotogegenereerde elektronen door halfgeleiderfotokatalysatoren zijn nauw verwant. Om de foto-geïnduceerde ladingsscheidingsefficiëntie tijdens de fotokatalytische reactie kwalitatief te evalueren, zijn de fotostroomreacties van de ZnO, g-C₃ N_4, en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% nanocomposieten werden onderzocht onder bestraling met zichtbaar licht. Figuur 7a presenteert de fotostroom-tijd (I-t) curven van drie monsters onder intermitterende verlichting. Uit de figuur is te zien dat zodra de bestraling van licht was uitgeschakeld, de fotostroomwaarde abrupt afnam en de fotostroom een ​​constante waarde behield toen het licht weer werd ingeschakeld. Bovendien is dit fenomeen reproduceerbaar, wat aangeeft dat de meeste door foto gegenereerde elektronen naar het oppervlak van het monster werden overgebracht en dat er een fotostroom werd gegenereerd onder bestraling met zichtbaar licht. Zuiver ZnO vertoont de zwakste fotostroomrespons onder bestraling met zichtbaar licht, vanwege de brede bandafstand. Bovendien is de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% composietmonsters vertoonden de hoogste fotostroomintensiteiten. De resultaten suggereren dat de relatie tussen ZnO en g-C₃ N₄ is gunstig voor de verbetering van de scheidingsefficiëntie en overdracht van door foto gegenereerde elektronen en gaten [27]. Dit fenomeen komt overeen met de PL-resultaten.

Tijdelijke fotostroomreactie (a ) en EIS-plots (b ) ZnO, g-C₃ N_4, en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% bij bestraling met zichtbaar licht

De resultaten van de elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) van het monster worden weergegeven in Fig. 7b. De bogen op het EIS elektrochemische impedantiespectrogram weerspiegelen de weerstand van de ladingsoverdrachtslaag op de elektrode/elektrolyt-interface. Een kleinere boog vertegenwoordigt een lagere weerstand, wat wijst op een hogere efficiëntie van ladingsoverdracht [27]. De boogstraal van de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% samengestelde fotokatalysator is kleiner dan die van ZnO en g-C₃ N₄ , wat aangeeft dat de weerstand van de ladingsoverdrachtslaag van de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% interface was de kleinste. De foto-geïnduceerde elektron-gat-paren vertoonden dus de hoogste scheidings- en overdrachtsefficiëntie, wat de fotokatalytische activiteit verbeterde. Deze resultaten komen overeen met de resultaten van de fotostroom.

Magnetische eigenschappen

De hysteresislussen van ZnO, Fe₃ O₄ , en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% wordt weergegeven in Fig. 8. De resultaten laten zien dat zuiver ZnO niet-magnetisch is, zuiver Fe₃ O₄ vertoonde de sterkste verzadigingsmagnetisatie en de verzadigingsmagnetisatie van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% was lager dan die van het zuivere Fe₃ O₄ , die wordt toegeschreven aan de aanwezigheid van niet-magnetische stoffen, d.w.z. ZnO en g-C₃ N₄ . Er werden geen hysterese, remanentie en coërciviteit waargenomen in de hystereselus van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%. Daarom was het monster superparamagnetisch. Bovendien was de verzadigingsmagnetisatie van de samengestelde fotokatalysator voldoende om van de oplossing te scheiden met behulp van een extern magnetisch veld, zoals weergegeven in Fig. 8 (inzet), wat het herstel van de fotokatalysator bevorderde en de recycleerbaarheid ervan verhoogde.

Magnetische hysteresiscurves van ZnO en ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% spectra bij kamertemperatuur

Fotokatalytische eigenschappen

De afbraak van MO over verschillende fotokatalysatoren wordt weergegeven in Fig. 9a. Het zuivere ZnO deed de methyloranje enigszins af onder bestraling met zichtbaar licht, aangezien de brede bandafstand van ZnO het mogelijk maakt om alleen op ultraviolet licht te reageren. De degradatie-efficiëntie van pure g-C₃ N₄ voor methyloranje was niet erg hoog, vanwege de hoge recombinatiesnelheid van het foto-elektron-gatpaar, ondanks de reactie op zichtbaar licht, wat resulteerde in de lage fotokatalytische activiteit van g-C₃ N₄ . De fotodegradatie-efficiëntie van MO op de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% samengestelde fotokatalysator was hoger dan die van de andere katalysatoren, om de volgende drie redenen:Ten eerste gaven de UV-Vis-spectra aan dat de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% composiet fotokatalysator vertoonde de sterkste respons-intensiteit van zichtbaar licht en een groot absorptiebereik voor zichtbaar licht. Ten tweede onthulden de PL- en elektrochemische resultaten dat de recombinatiesnelheid van het elektron-gatpaar van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% was het laagst. Ten derde gaven de elektrochemische resultaten aan dat de foto-elektronenoverdrachtssnelheid van de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% fotokatalysator was de snelste vergeleken met enkele fotokatalysator.

Fotokatalytische degradatie-efficiëntie (a ) en kinetische krommen (b ) van MO over verschillende fotokatalysatoren onder bestraling met zichtbaar licht (de relatieve fout van de gegevens was minder dan 5%)

Bovendien werd ook de kinetiek van de afbraak van MO op de fotokatalysatoren geëvalueerd (figuur 9b). De resultaten lieten zien dat de afbraakkinetiek van MO op verschillende fotokatalysatoren het eerste-orde kinetische model volgde, en alle afbraaksnelheidsconstanten zijn weergegeven in Tabel 2. De schijnbare snelheidsconstante van ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% was het hoogst (0,02430 min ⁻¹ ), en die hoger was dan de afbraaksnelheid van g-C₃ N₄ /Fe₃ O₄ /TiO₂ en TiO₂ /biochar composietkatalysatoren [28, 29]. Bovendien is de ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% vertoonde een hogere fotokatalytische snelheid ten opzichte van g-C₃ N₄ /Fe₃ O₄ /AgI over de afbraak van MO (0. 0016 min ⁻¹ ) [10].

Stability of ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% Composite Photocatalyst

In addition, the stability of photocatalysts is a critical factor in relation to large-scale technology application. To evaluate the stability of the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% composite photocatalyst, recycling experiments were conducted on the photocatalyst for the degradation of MO under visible light irradiation. The photocatalyst was collected by magnetic decantation and then washed using distilled water and ethanol. Thereafter, it was dried in an oven at 80 °C. The sample was reused for subsequent degradation, and the results are presented in Fig. 10a. The composite photocatalyst maintained a very high photocatalytic activity, and the removal rate of MO on the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% composite photocatalyst was 95.3% after 5 cycles. In addition, there was a slight decrease in the amount of photocatalysts during the cycle processes. Therefore, the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% composite photocatalyst exhibited high stability under visible light irradiation. To further evaluate the stability of the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%, samples were collected after 5 cycles for XRD testing and compared with the XRD pattern of the sample before cycling. The results are presented in Fig. 10b. No significant changes were observed in the structure of the photocatalyst before and after use, which indicates that the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% photocatalyst was highly stable.

The recycling degradation efficiency (a ) and XRD patterns of before and after degradation (b ) of ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% for MO under visible light irradiation

Degradation of Monoazo Dyes on ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%

For the evaluation of the photocatalytic degradation behavior of different monoazo dyes, the degradation of MO, AYR, and OG over ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ is presented in Fig. 11. The plots of the absorbance with respect to the wavelength for the MO, AYR, and OG degradations over ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% at various irradiation times are presented in Figs. 11a–c. The maximum absorption wavelength of MO, AYR, and OG before and after degradation were 466 nm, 372 nm, and 475 nm, respectively. With the gradual extension of the illumination time to 150 min, the intensity of the absorption peak gradually decreased, implying the gradual mineralization of MO, AYR, and OG. Furthermore, under visible-light irradiation for 150 min, the degradation efficiencies of MO, AYR, and OG were 97.87%, 98.05%, and 83.35%, respectively (Fig. 11d). There are two possible reasons for this phenomenon. First, as can be seen in Fig. 11d, the adsorption efficiency of OG on the photocatalyst was the lowest. The lower adsorption efficiency of OG can be explained by the steric limit of a large aromatic molecule, which reduced the number of OG molecules adsorbed on the photocatalyst. The lower adsorption efficiency of the azo dye therefore resulted in a small amount of molecules concentrated on the active site of the photocatalyst, which decreased the degradation efficiency of the azo dye [30]. Second, AYR has a high degradation efficiency, which is related to the presence of a carboxyl group that can react with H ⁺ in a light Kolbe reaction. However, the lower degradation efficiency of OG and MO could be due to the presence of a withdrawing SO₃ ⁻ group, and the increasing number of sulfonic acid groups could inhibit degradation of the dye [31]. The properties of the three dyes are listed in Table 1. The molecular weight and number of sulfonic acid was in the following order:AYR 3 O₄ /g-C₃ N₄ -50% was the lowest.

UV-vis spectra of a MO, b AYR, and c OG at different irradiation times, and d degradation efficiency curves of different dyes in the presence of ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50%

It is necessary to investigate the relationship between the molecular weight of the azo dye and its degradation efficiency. Figure 12 reveals that the molecular weight of azo dye had a good negative correlation with the degradation efficiency (R ² =0.9776). Moreover, a molecular weight of the azo dye would result in a low degradation efficiency. The results are consistent with those presented above.

Correlation between molecular weight of azo dye and degradation efficiency

Mechanism for Photocatalytic Degradation

To further investigate the mechanism of the photocatalyst for the degradation of MO under visible light irradiation, radical, electron, and hole scavenging experiments were conducted to detect the main active species in the photocatalytic process. Moreover, ·OH, ·O₂ ⁻ , h ⁺ , and e ⁻ were eliminated using tert-butanol (t -BuOH), p-benzoquinone (p -BQ), ammonium oxalate (AO), and K₂ S₂ O₈ , respectievelijk. The degradation efficiencies of MO on the photocatalyst in the presence the scavengers are presented in Fig. 13. The removal rate of MO was significantly reduced after the addition of t -BuOH and p -BQ. Conversely, the removal efficiency of MO was not significantly reduced in the presence of AO and K₂ S₂ O₈ . Therefore, the active species that play a critical roles during the photocatalytic degradation of MO over the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% photocatalyst are ·OH and ·O₂ ⁻

The degradation efficiencies of monazo dyes over ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% in the presence of various scavengers

Based on the relevant literature and experimental results (including the physicochemical properties, photocatalytic performance, and detected active components), a possible photocatalytic mechanism of the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% nanocomposites prepared under visible light irradiation is proposed. It is common knowledge that ZnO and g-C₃ N₄ are typical n-type semiconductors. Therefore, an n–n heterojunction is formed at the interface between the g-C₃ N₄ and ZnO nanoparticles. The ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% can be excited to generate electrons and holes under visible light irradiation. The excited electrons are then transferred from the CB of the g-C₃ N₄ to the CB of the ZnO. The improvement of the photocatalytic performance of the composite photocatalyst is mainly due to the effective separation of photogenerated electrons and holes at the heterojunction interface [32]. Given that the CB edge potential of g-C₃ N₄ is more negative than that of ZnO, the excited electrons in g-C₃ N₄ are transferred to the CB of ZnO, and the holes are retained in the valence band (VB) of g-C₃ N₄ [33, 34]. In contrast, ZnO holes are injected into the holes of g-C₃ N₄ . Therefore, an internal electrostatic potential is formed in the space charge region, which promotes the separation of the photogenerated carriers. The charge transfer to the surface of the compound semiconductor reacts with water and dissolved oxygen to produce ·OH and ·O₂ ⁻ , or it reacts directly with MO. From Fig. 13, it can be seen that ·OH and ·O₂ ⁻ play a vital role in the degradation of MO on composite photocatalysts. Therefore, possible photocatalytic mechanisms are presented below:

Based on the above discussion, it was concluded that the photocatalytic activity of the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% nanocomposite semiconductor was significantly improved. This was because of the following two reasons:(1) heterostructure between g-C₃ N₄ and ZnO improved the light absorption properties, and (2) the synergistic effect of the internal electric field and the matched band structure of g-C₃ N₄ and ZnO increased the separation rate of photogenerated carriers (Fig. 14).

Mechanism for photocatalytic degradation of monazo dyes on the ZnO/Fe₃ O₄ /g-C₃ N₄ -50% photocatalyst