尽管水覆盖了地球表面的大约71%，但清洁且可获取的淡水资源却成为全球性挑战。地球上约97%的水是咸水，只有3%是淡水，而且大部分淡水被冻结在极地冰盖和冰川中。因此，处理因工业化而产生的受污染水源是我们面临的最大环境问题之一。[1],[2] 罗丹明B（RhB）是一种具有高化学稳定性和缓慢生物降解性的黄酮类染料，是重要的水污染物之一。它的致癌性和致突变性对人类健康构成严重威胁。尽管如此，它在生物和生物医学研究中仍具有重要作用，并在纺织工业中得到广泛应用。多年来，已经开发出多种去除废水中的染料的技术，如吸附、离子交换、膜过滤、混凝和沉淀等。但这些方法不仅耗时，而且净化效率低，并会产生二次污染。[3],[4]
光催化作为一种有前景的水处理技术因其简单性、成本效益以及将有机污染物完全矿化为H2O和CO2的潜力而受到关注。在典型的光催化过程中，半导体受到光照后，价带（VB）中的电子被激发到导带（CB），产生电子-空穴对。这些载流子迁移到光催化剂表面，与O2和H2O发生氧化还原反应，从而生成高活性的自由基，分解染料。[5],[6] 在多年来报道的各种光催化剂中，石墨碳氮化物（g-C3N4）作为一种二维无金属n型半导体，因其使用廉价前体容易合成、具有高的热稳定性和化学稳定性以及环保特性而受到广泛关注。然而，原始g-C3N4的光催化性能较差，原因是电子-空穴对快速复合、光吸收有限和表面积小。这些限制需要进一步的改性策略来提高其光催化活性。[7],[8],[9],[10]
为了解决这些问题，人们研究了多种方法，如金属/非金属元素掺杂和异质结构构建。特别是非金属掺杂被认为是一种简单有效的策略，通过向g-C3N4晶格中引入外来原子，可以减少光诱导的电子-空穴复合，扩展光响应范围，尤其是在可见光区域。[11],[12],[13],[14] 王等人制备了一系列溴掺杂的g-C3N4复合材料，在可见光照射下其Cr（VI）还原的光催化活性显著提高。[15] 郭等人制备了氯掺杂的多孔g-C3N4纳米片，在可见光照射下对四环素的降解效率是纯g-C3N4的2.4倍。[16] 林等人使用磷掺杂的g-C3N4纳米片生产氢气，其产率是未掺杂材料的2.9倍。[17]
基于铋的氧卤化物是一类有前景的新型光催化剂，因其独特的层状结构和高的化学稳定性而受到关注。其中，BiOI具有最窄的带隙（Eg = 1.73–1.92 eV）和在可见光下的强吸收能力。然而，光生电子-空穴对的快速复合常常会降低其光催化效率。[18],[19] 为了进一步提高光催化活性，在g-C3N4和BiOI之间构建界面是有益的，这可以提高电子-空穴分离、光吸收和氧化还原能力。[20],[21] 在各种异质结构中，S型异质结构被认为是一种值得采用的架构。[22],[23] Parida等人制备了一种2D/3D Z型结构的Cu掺杂-g-C3N4/BiOBr异质结，其对环丙沙星的降解效率分别是原始BiOBr和Cu-g-C3N4的1.22倍和2.55倍。[24] 魏等人制备了一种O掺杂的g-C3N4/BiOCl（S型结构）异质结，其对20 mg?L? 1四环素的降解效率是传统g-C3N4光催化剂的2.5倍。[25] 李等人制备了一种g-C3N4/BiOI S型异质结，在可见光下对四环素盐酸盐和对氯苯酚的降解效率分别比Bi和g-C3N4高4.37倍和5.41倍。[26]
在这里，我们通过引入额外的氮原子来调整g-C3N4（记为g-CN）的结构。为了进一步提高光催化活性，我们构建了一种S型异质结构。选择BiOI作为这种用途的材料，因为它具有窄带隙和良好的可见光吸收能力。据我们所知，这是首次报道由氮掺杂的g-C3N4（记为N掺杂g-CN）和BiOI组成的S型异质结构。我们通过观察关键操作因素的变化来优化实现最大RhB降解的条件，具体细节将在本文后文中详细说明。最终，我们使用了多种精细技术对新型光催化剂进行了表征，证实了其具有高效的RhB降解能力。
