异质结g-C3N4/TiO2光辅助 SERS 传感半导体基底的制备方法及应用场景

g-C₃N₄/TiO₂ 异质结是由石墨相氮化碳（g-C₃N₄）与二氧化钛（TiO₂）复合形成的半导体异质结构。由于两者在能带结构上具有优异的匹配性，复合后能产生显著的协同效应，在能源转换和环境修复领域展现出巨大的应用前景。

一、核心优势与特性

光谱响应范围拓宽：TiO₂（锐钛矿型）的带隙约为 3.2 eV，仅能响应紫外光（占太阳光谱不到5%）；而 g-C₃N₄ 的带隙约为 2.7 eV，可吸收可见光（λ < 475 nm）。两者复合实现了可见光与紫外光响应的互补，大幅提高了太阳能的利用率。

光生载流子高效分离：g-C₃N₄ 与 TiO₂ 的导带和价带位置匹配，能够形成 Type-II（II型）异质结或 Z型（S-scheme）异质结。这种能带匹配促进了光生电子和空穴向不同半导体迁移，实现了载流子的快速分离，显著降低了复合率，提升了量子效率。

优异的化学稳定性：g-C₃N₄ 耐高温（>600℃）、耐强酸强碱且无毒，结合 TiO₂ 的高稳定性，使得该复合材料在光催化反应中结构稳定，不易被腐蚀，具备良好的循环重复使用性能。

二、主要制备方法

溶胶-热液法：将高温煅烧得到的 g-C₃N₄ 与钛源（如钛酸正丁酯）混合形成溶胶，进行热液合成，通过脱水缩合形成稳定的界面结合。

固态烧结法：将 TiO₂ 前驱体与块状 g-C₃N₄ 混合，在不同温度下直接煅烧，制备直接接触的异质结纳米复合物。

静电纺丝法：先制备 TiO₂ 纳米纤维，再在其表面原位聚合 g-C₃N₄，可控地制备二元异质结纳米纤维材料。

其他方法：还包括水热法、超声辅助法以及利用 MOF 材料热解的原位热解法等。

三、科研应用

‌光催化环境净化‌：在紫外-可见光条件下高效降解NO、罗丹明B、四环素等污染物，优化后的S掺杂改性异质结对NO的紫外光降解率可达84.9%，可见光降解率达57.1%，远高于纯g-C₃N₄的性能。

‌光催化分解水产氢‌：通过热处理法制备的C-TiO₂/g-C₃N₄异质结，5小时内产氢量可达5.728 mmol/g，表观量子效率约6.2%，是原始g-C₃N₄的2.4倍，是高效光解水产氢的核心候选材料。

‌光动力抗菌消毒‌：光照下产生大量·O₂⁻、·OH等活性氧物种，高效破坏细菌细胞膜结构，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀菌率可达99%以上，适配医用材料表面抗菌改性场景。

‌功能衍生化应用‌：可进一步修饰氨基、羧基等活性官能团，构建光响应型生物传感界面，用于生物分子的高灵敏检测；也可作为功能填料复合到高分子材料体系中，赋予材料光催化自清洁性能。

羧基PE微球/COOH-PE微球/羧基修饰PE纳米球100nm-500nm

氨基修饰PE微球/NH2-PE微球/氨基修饰PE纳米球50nm-100um

DBCO修饰PE微球 20nm-10um 单分散

交联PE微球/马来酸二烯丙酯（DAM）交联PE微球

功能性PE共聚微球/马来酸酐（MAH）共聚PE微球

交联聚氯乙烯微球/PE交联微球 浓度25mg/ml

EDC/NHS活化PE微球100-500nm 羧基活化偶联蛋白

环氧基修饰PE微球/GAM聚乙烯微球5um

马来酰亚胺修饰PE微球/MAL-PE微球50nm 粒径可选

链霉亲和素修饰PE微球/SA-PE纳米粒100-500nm

生物素功能化PE微球/Biotin-PE微球 单分散微球

FITC-PE绿色荧光微球/PE绿色荧光微球 波长488/525nm

CY3-PE红色荧光微球/PE红色荧光微球

CY5-PE红色荧光微球/cy5标记红色荧光微球 100nm 1%w/v