Der Einfluss von Materialien, Heterostruktur und Orientierung von Nanohybriden auf die photokatalytische Aktivität

Röntgenphotoelektronenspektren von ZnO (a ), Cu₂ O (pH 10, 20 min) (b ), CuSCN (3D) (c ) und NiO (1 min) (d ) Nanostrukturen, hergestellt durch Elektrotauchlackierung und die Absorptionsspektren (e ) von ZnO, Cu₂ O (pH 10, 20 min), CuSCN(3D) und NiO(1 min) Nanostrukturen hergestellt durch Elektrotauchlackierung

Design und Morphologie der Heterostrukturen

Verschiedene Heteroübergänge basierend auf n-Typ ZnO-Nanostäbchen und p-Typ Cu₂ O-, CuSCN- und NiO-Nanostrukturen mit unterschiedlicher Orientierung werden hergestellt. Erstens das ZnO, Cu₂ O, ZnO/Cu₂ O und Cu₂ O/ZnO werden für den photokatalytischen Abbau von MO hergestellt. Abbildung 2 zeigt das REM-Bild von oben von ZnO-Nanostäbchen (a), ZnO/Cu₂ O (pH 12, 20 min) Heteroübergang (b), Cu₂ O (pH 12, 20 min) (c) und Cu₂ O (pH 12, 20 min)/ZnO-Heteroübergang (d). Zusätzliche Datei 1:Abbildung S1 zeigt die Querschnittsansicht dieser vier Strukturen. Abbildung 3 zeigt das REM-Bild von oben von ZnO/Cu₂ . O (pH 10, 20 min) Heteroübergang (a), ZnO/Cu₂ O (pH 10, 40 min) Heteroübergang (b), Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO-Heteroübergang (c), Cu₂ O (pH 10, 40 min)/ZnO-Heteroübergang (d), Cu₂ O (pH 10, 20 min) (e) und Cu₂ O (pH 10, 40 min) (f). Zusätzliche Datei 1:Abbildung S2 zeigt die Querschnittsansicht dieser sechs Strukturen. Wie aus der in Abb. 2a gezeigten Draufsicht und der Querschnittsansicht in der zusätzlichen Datei 1:Abbildung S1(a) ersichtlich ist, haben die durch das Elektroabscheidungsverfahren erhaltenen ZnO-Nanostäbe fast die Struktur eines Hexagonprismas. Der Durchmesser und die Länge der Nanostäbe liegen im Bereich von 200–300 nm bzw. 800–1200 nm. Wie in den Abb. 2c und 3e und f ist zu erkennen, dass die Cu₂ O-Kristalle wachsen von Würfeln zu Oktaedern, wenn sich der pH-Wert der Elektrotauchlacklösung von 10 auf 12 ändert. Die Kristalle, die bei pH ~ 10 mit einer Reaktionszeit von 20 und 40 min erhalten werden, sind aufgrund der unterschiedlichen Auflösung Kristall in der Reaktionslösung [45]. Es ist auch deutlich zu erkennen, dass das Cu₂ O-Kristalle werden mit längerer Zeit größer und dichter, und das Cu₂ O-Kristalle drängen und aggregieren, wenn die Reaktionszeit länger ist. Beim Aggregationsprozess wird das Cu₂ O-Kristalle werden aufgrund der großen Dichte aus der Form gedrängt. Wie in den Abb. 2b und 3a und b kann gefolgert werden, dass Cu₂ Auf den ZnO-Nanostäbchen gewachsene O-Kristalle sind so kompakt wie das Cu₂ O-Kristalle, die auf dem blanken ITO-Glassubstrat gewachsen sind und einige kleiner sind als das Cu₂ O-Kristalle, die aufgrund des unterschiedlichen Keimbildungspunktes auf ITO-Glas gewachsen sind. Wenn der pH-Wert der Reaktionslösung 10 beträgt, wachsen die ZnO-Nanostäbchen auf dem Cu₂ O-Kristalle sind kompakter als die auf ITO-Glas gewachsenen ZnO-Nanostäbe, und der Durchmesser und die Länge der auf dem Cu₂ . gewachsenen ZnO-Nanostäbe O-Kristalle sind bei den auf ITO-Glas gewachsenen ZnO-Nanostäbchen fast gleich, wie in Abb. 3c und d gezeigt. Die auf dem Cu₂ . gewachsenen ZnO-Nanostäbe O-Kristalle (pH 10, 40 min) sind etwas dichter als die auf dem Cu₂ . gewachsenen ZnO-Nanostäbchen O-Kristalle (pH 10, 20 min) und viel größere ZnO-Stäbchen erscheinen auf der Schicht der ZnO-Nanostäbchen. Wie in Abb. 2d gezeigt, wachsen die ZnO-Nanostäbchen auf dem Cu₂ O-Kristalle (pH 12, 20 min) sind viel spärlicher als die auf dem ITO-Glas gewachsenen ZnO-Nanostäbchen. Der Durchmesser und die Länge der auf dem Cu₂ . gewachsenen ZnO-Nanostäbe O-Kristalle (pH 12, 20 min) sind in einem weiten Bereich nicht homogen.

Das REM-Bild von oben von ZnO-Nanostäbchen (a ), ZnO/Cu₂ O (pH 12, 20 min) Heteroübergang (b ), Cu₂ O (pH 12, 20 min) (c ) und Cu₂ O (pH 12, 20 min)/ZnO-Heteroübergang (d )

Das REM-Bild von oben von ZnO/Cu₂ O (pH 10, 20 min) Heteroübergang (a ), ZnO/Cu₂ O (pH 10, 40 min) Heteroübergang (b ), Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO-Heteroübergang (c ), Cu₂ O (pH 10, 40 min)/ZnO-Heteroübergang (d ), Cu₂ O (pH 10, 20 min) (e ) und Cu₂ O (pH 10, 40 min) (f )

Zweitens werden ZnO, CuSCN, ZnO/CuSCN und CuSCN/ZnO für den photokatalytischen Abbau von MO hergestellt. Zwei verschiedene CuSCN-Nanostrukturen, hexagonal prismalike (3D) und Nanowire (NW) Strukturen, werden durch das Elektroabscheidungsverfahren hergestellt. Abbildung 4 zeigt das REM-Bild von oben des ZnO/CuSCN (3D)-Heteroübergangs (a), ZnO/CuSCN (NWs)-Heteroübergang (b), CuSCN (3D)/ZnO-Heteroübergang (c), CuSCN (NWs)/ZnO-Heteroübergang ( d), CuSCN (3D) (e) und CuSCN (NWs) (f). Zusätzliche Datei 1:Abbildung S3 zeigt die Querschnittsansicht dieser sechs Strukturen. Die auf ZnO-Nanostäbchen galvanisch abgeschiedenen CuSCN- (3D) und CuSCN (NWs)-Strukturen sind dichter als die auf ITO-Glas, wie in Abb. 4a und b gezeigt. Die ZnO-Nanostäbchen unter CuSCN (3D)-Strukturen werden teilweise durch die CuSCN-Reaktionslösung mit einem erosiven pH von 1,5 geätzt, wie in Abb. 4a und Zusatzdatei 1:Abbildung S3(a) gezeigt. Die ZnO-Nanostäbchen unter CuSCN (NWs)-Strukturen werden hauptsächlich durch die CuSCN-Reaktionslösung mit einem pH-Wert von 1,5 geätzt, aber der Umriss der ZnO-Nanostäbchen bleibt nach der galvanischen Abscheidung von CuSCN (NWs)-Strukturen erhalten, wie in Abb. 4b und Zusatzdatei gezeigt 1:Abbildung S3(b). Das CuSCN (3D) auf den ZnO-Nanostäbchen ist viel intensiver als die CuSCN (NWs)-Strukturen auf den ZnO-Nanostäbchen, und die ZnO-Nanostäbchen unter CuSCN (NWs)-Strukturen verschwinden fast, nur noch der Rest des ZnO-Hexagonprismas. Die auf der CuSCN-Schicht präparierten ZnO-Nanostäbchen sind kompakter als die auf ITO-Glas aufgewachsenen ZnO-Nanostäbchen, und der Durchmesser und die Länge der auf CuSCN aufgewachsenen ZnO-Nanostäbchen sind aufgrund des unterschiedlichen Keimbildungspunktes kleiner als die auf ITO-Glas aufgewachsenen ZnO-Nanostäbchen , wie in Abb. 4c und d gezeigt. Die CuSCN-(3D)- und CuSCN-(NWs)-Strukturen, die durch das Elektroabscheidungsverfahren auf ITO-Glas hergestellt wurden, sind sehr dicht und fast senkrecht zum Substrat mit einem Durchmesser von etwa 100 nm bzw. 80 nm ausgerichtet, wie in Abb. 4e und gezeigt f.

Das REM-Bild der Draufsicht von ZnO/ CuSCN (3D) Heterojunction (a ), ZnO/ CuSCN (NWs) Heteroübergang (b ), CuSCN (3D)/ZnO-Heteroübergang (c ), CuSCN (NWs)/ZnO-Heteroübergang (d ), CuSCN (3D) (e ) und CuSCN (NWs) (f )

Schließlich werden ZnO, NiO, ZnO/NiO und NiO/ZnO für den photokatalytischen Abbau von MO hergestellt. Abbildung 5 zeigt das REM-Bild von oben des ZnO/NiO (1 min) Heteroübergangs (a), ZnO/NiO (10 min) Heteroübergang (b), NiO (1 min)/ZnO Heteroübergang (c), NiO (10 min) /ZnO-Heteroübergang (d), NiO (1 min) (e) und NiO (10 min) (f). Zusätzliche Datei 1:Abbildung S4 zeigt die Querschnittsansicht dieser sechs Strukturen. Die auf ZnO-Nanostäbchen für 1 min galvanisch abgeschiedene NiO-Nanostruktur ist ein Netz, das mit ZnO-Nanostäbchen durchschnitten wird, wie in Abb. 5a und Zusatzdatei 1:Abbildung S4(a) gezeigt. Die auf der NiO-Nanostruktur galvanisch abgeschiedenen ZnO-Nanostäbchen (1 min) werden teilweise durch das Netzwerk von NiO (1 min) wachsend belichtet, und der restliche Teil der ZnO-Nanostäbchen bleibt im Netzwerk zurück, was in den REM-Aufnahmen der Draufsicht nicht zu sehen ist. wie in Abb. 5c und Zusatzdatei 1 gezeigt:Abbildung S4(c). Die auf ITO-Glas für 1 min galvanisch abgeschiedene NiO-Nanostruktur ist das mehrschichtige, durchsetzte Geflecht, das gleichmäßig auf dem ITO-Glas mit hoher spezifischer Oberfläche verteilt ist, wie in Abb. 5e und Zusatzdatei 1:Abbildung S4(e) gezeigt. Die auf ZnO-Nanostäbchen für 10 min galvanisch abgeschiedene NiO-Nanostruktur besteht aus Blüten, die aus vielen Partikeln bestehen, wie in Abb. 5b und Zusatzdatei 1:Abbildung S4(b) gezeigt. Die 10 min galvanisch auf ITO-Glas abgeschiedene NiO-Nanostruktur besteht aus vielen NiO-Partikeln, die eine kompakte Schicht auf dem ITO-Glas und eine Partikelschicht auf der kompakten Schicht bilden können, wie in Abb. 5f und Zusatzdatei 1 gezeigt:Abbildung S4(f ). Aus der Querschnittsansicht des SEM in Zusatzdatei 1:Abbildung S4(f) sind einige Risse in der kompakten Schicht auf dem ITO-Glas aufgrund der von NiO-Partikeln erzeugten Extrusionskraft zu erkennen. Wenn ZnO auf NiO galvanisch abgeschieden wird (10 min), wachsen die kleineren ZnO-Nanostäbchen (im Vergleich zu denen auf dem ITO-Glas) auf der NiO-Partikelschicht, und die Form der NiO-Partikel verschwindet nur die Morphologie der ZnO-Nanostäbchen, da gezeigt in Abb. 5d und zusätzliche Datei 1:Abbildung S4(d). Die Risse in der kompakten NiO-Schicht auf dem ITO-Glas sind auch in Zusatzdatei 1:Abbildung S4(d) zu sehen, und einige Risse in der Struktur von ZnO-Nanostäbchen werden durch die Risse in der kompakten Schicht erzeugt.

Das REM-Bild von oben des ZnO/NiO (1 min) Heteroübergangs (a ), ZnO/NiO (10 min) Heteroübergang (b ), NiO (1 min)/ZnO Heteroübergang (c ), NiO (10 min)/ZnO Heteroübergang (d ), NiO (1 min) (e ) und NiO (10 min) (f )

Photokatalytische Aktivität

Die photokatalytischen Eigenschaften werden über den Abbau von MO, einem häufig vorkommenden organischen Schadstoff, untersucht [46, 47]. Drei Systeme von ZnO/Cu₂ O, ZnO/CuSCN und ZnO/NiO werden diskutiert, einschließlich reinem ZnO, reinem Cu₂ O (oder CuSCN oder NiO), ZnO/Cu₂ O (oder CuSCN oder NiO) und Cu₂ O (oder CuSCN oder NiO) mit vier Strukturen in jedem System. Obwohl das in dieser Arbeit verwendete Elektroabscheidungsverfahren zur Herstellung der Nanostrukturen grün und umweltschonend ist, kann das Herstellungsverfahren eine beträchtliche Menge an unerwünschten Chemikalien erfordern, was die Grünheit der Verfahren untergräbt. Das Problem wie die nachhaltige Membranrückgewinnung von Chemikalien kann durch einen von Szekely et al. [48]. Zusätzliche Datei 1:Abbildung S5 und Abbildung S6 zeigen die Konzentrationsänderungen von MO in Abwesenheit und in Gegenwart verschiedener Photokatalysatoren. Offensichtlich ändert sich der MO-Gehalt in Abwesenheit des Katalysators im Vergleich zur Zugabe des Katalysators kaum. Bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht werden in Abwesenheit des Katalysators nach 40  min nur 15 % des MO abgebaut, wie in Zusätzliche Datei 1:Abbildung S5(a) gezeigt. Unberührte ZnO-Nanostäbchen weisen eine gewisse photokatalytische Aktivität für die Zersetzung von MO auf. Aufgrund der Einschränkungen interner Defekte (große Bandlücke und leichte Rekombination von Elektron-Loch-Paaren) und der spezifischen Oberfläche ist die photokatalytische Leistung jedoch immer noch schlecht, wie in Zusatzdatei 1 gezeigt:Abbildung S6(a), Abbildung S6( b) und Abbildung S6(c). Der Vergleich der spezifischen Oberfläche der Nanostrukturen wird aus der Größe und Dichte der Oberfläche durch REM-Aufnahmen vermutet [49,50,51]. Die Konzentrationsänderungen von MO mit ZnO, Cu₂ O (pH 10, 20 min), Cu₂ O (pH 10, 40 min), Cu₂ O (pH 12, 20 min), ZnO/Cu₂ O (pH 10, 20 min), ZnO/Cu₂ O (pH 10, 40 min), ZnO/Cu₂ O (pH 12, 20 min), Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO, Cu₂ O(pH 10, 40 min)/ZnO und Cu₂ O (pH 12, 20 min)/ZnO als Katalysatoren sind in Zusatzdatei 1 gezeigt:Abbildung S6(a). Die Intensität des Absorptionspeaks nimmt mit zunehmender Bestrahlungszeit von 0 auf 40 min allmählich ab und wird blauverschoben. Die Blauverschiebung kann auf eine Dealkylierung zurückgeführt werden [52]. Die photokatalytische Leistung von drei verschiedenen Cu₂ O, Cu₂ O (pH 10, 20 min), Cu₂ O (pH 10, 40 min) und Cu₂ O (pH 12, 20 min) ist aufgrund der ähnlichen Morphologie und der spezifischen Oberfläche ähnlich, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. 2c und 3a und b. Die photokatalytische Leistung von reinem Cu₂ O ist aufgrund der größeren Kristallgrenze, der geringeren Trägermobilität, der kleineren spezifischen Oberfläche und der leichteren Rekombination von Elektronen und Löchern schlechter als das von reinen ZnO-Nanostäbchen. Die photokatalytische Leistung von ZnO/Cu₂ O (pH 10, 20 min), ZnO/Cu₂ O (pH 10, 40 min) und ZnO/Cu₂ O (pH 12, 20 min) ist aufgrund der ähnlichen Morphologie und der spezifischen Oberfläche der oberen Schicht Cu₂ . fast gleich O, wie in den Fign. 2b und 3e und f. Die photokatalytische Leistung von drei Heteroübergängen von ZnO/Cu₂ O ist aufgrund der kleineren spezifischen Oberfläche der oberen Schicht Cu₂ . niedriger als die von reinen ZnO-Nanostäbchen O als direkte Verbindung zur MO-Lösung, aber höher als die von reinem Cu₂ O aufgrund des Heteroübergangs von ZnO und Cu₂ O. Die photokatalytische Leistung von Cu₂ Die O/ZnO-Architektur ist die höchste in der ZnO/Cu₂ O-System aufgrund ihrer Heteroübergangsstruktur und der größeren spezifischen Oberfläche der oberen ZnO-Schicht. Im Vergleich zu den spärlichen ZnO-Nanostäbchen auf Cu₂ O (pH 12, 20 min) und zu viele große ZnO-Nanostäbchen auf Cu₂ O (pH 10, 40 min), Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO hat die beste photokatalytische Leistung von drei Cu₂ O/ZnO-Architekturen als Ergebnis perfekter ZnO-Nanostrukturen, die auf Cu₂ . gewachsen sind O (pH 10, 20   min), wie in den Fign. 2d und 3c und d. Der Einfluss auf den pH-Wert der Reaktion, die Reaktionszeit und die Orientierung des Heteroübergangs wird diskutiert, und abschließend hat die Reaktionszeit wenig Einfluss auf die photokatalytische Leistung im ZnO/Cu₂ O-System. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im ZnO/Cu₂ O-System, Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO hat die beste photokatalytische Leistung.

Die Konzentrationsänderungen von MO mit ZnO, CuSCN (3D), CuSCN (NWs), ZnO/CuSCN (3D), ZnO/CuSCN (NWs), CuSCN (3D)/ZnO und CuSCN (NWs)/ZnO als Katalysatoren sind gezeigt in Zusatzdatei 1:Abbildung S6(b). Die photokatalytische Leistung von reinem CuSCN ist aufgrund der kleineren spezifischen Oberfläche, der geringeren Ladungsträgermobilität und der leichteren Rekombination von Elektronen und Löchern schlechter als die von reinen ZnO-Nanostäbchen. Die photokatalytische Leistung von CuSCN (NWs) ist aufgrund der größeren spezifischen Oberfläche der CuSCN-Nanostrukturen besser als die von CuSCN (3D), wie in Abb. 4e und f gezeigt. Die photokatalytische Leistung von CuSCN (3D)/ZnO und CuSCN (NWs)/ZnO ist aufgrund ihrer Heteroübergangsstruktur und der größeren spezifischen Oberfläche besser als die von ZnO. CuSCN (NWs)/ZnO hat die bessere photokatalytische Leistung als CuSCN (3D)/ZnO aufgrund der kleineren und besser verteilten ZnO-Nanostäbchen, die auf der CuSCN-Nanostruktur gewachsen sind, und der daraus resultierenden größeren spezifischen Oberfläche. Im ZnO/CuSCN-System hat die ZnO/CuSCN-Architektur die beste photokatalytische Leistung unter ZnO, CuSCN, ZnO/CuSCN und CuSCN/ZnO aufgrund der Heteroübergangsstruktur, der größeren spezifischen Oberfläche des Obermaterials des Heteroübergangs und die größere Kontaktfläche mit der MO-Lösung. Die ZnO-Nanostäbchen unter CuSCN (3D)-Strukturen werden teilweise durch die CuSCN-Reaktionslösung mit erosivem pH geätzt, und die ZnO-Nanostäbchen unter CuSCN (NWs)-Strukturen werden hauptsächlich durch die CuSCN-Reaktionslösung mit einem pH-Wert von 1,5 geätzt, wobei nur der Umriss beibehalten wird und sehr wenige Reste von ZnO-Nanostäbchen, wie in Abb. 4a und b gezeigt und zusätzliche Datei 1:Abbildung S3(a, b). Obwohl die ZnO-Nanostäbchen unter CuSCN (3D)-Strukturen teilweise geätzt sind, wird der Zwischenraum zwischen den Nanostäbchen größer als der zwischen den unberührten ZnO-Nanostäbchen mit der daraus resultierenden größeren spezifischen Oberfläche und ist klarer und sauberer als die ZnO-Nanostäbchen unter CuSCN (NWs)-Strukturen mit fast vollständiger Radierung. Somit ist die photokatalytische Leistung von ZnO/CuSCN (3D) besser als die von ZnO/CuSCN (NWs). Der Einfluss auf die Nanostrukturmorphologie und die Orientierung des Heteroübergangs wird diskutiert, und beide können die photokatalytische Leistung im ZnO/CuSCN-System beeinflussen. Zusammenfassend hat ZnO/CuSCN (3D) die beste photokatalytische Leistung im ZnO/CuSCN-System.

Zusätzliche Datei 1:Abbildung S6(c) zeigt die Konzentrationsänderungen von MO mit ZnO, NiO (1 min), NiO (10 min), ZnO/NiO (1 min), ZnO/NiO (10 min), NiO (1 min )/ZnO und NiO (10 min)/ZnO als Katalysator. Die photokatalytische Leistung von reinem NiO (10 min) ist aufgrund der größeren Nanostruktur, der daraus resultierenden kleineren spezifischen Oberfläche, der geringeren Ladungsträgermobilität und der leichteren Rekombination von Elektronen und Löchern schlechter als die von reinen ZnO-Nanostäbchen. Die photokatalytische Leistung von NiO (1 min) ist aufgrund der viel größeren spezifischen Oberfläche der NiO-Nanostrukturen besser als die von NiO (10 min) und ZnO, wie in Abb. 5e und f gezeigt. Die photokatalytische Leistung von NiO (10 min)/ZnO ist aufgrund der noch größeren Nanostruktur der oberen NiO-Schicht (10 min) und der kleineren spezifischen Oberfläche schlechter als die von ZnO. As shown in Fig. 5c, ZnO nanorods are partially exposed growing through the meshwork of NiO (1 min) and the remnant part of the ZnO nanorods are remained in the meshwork. NiO (1 min) nanostructures are the multi-layer interspersed meshwork uniformly distributed on the ITO glass with much higher specific surface area, as shown in Fig. 5e. So, NiO (1 min)/ZnO has a little better photocatalytic performance than ZnO and a lower photocatalytic action than NiO (1 min). The photocatalytic performance of ZnO/NiO (1 min) and ZnO/NiO (10 min) is better than others due to their heterojunction structure and larger specific surface area. ZnO/NiO(1 min) architecture has the best photocatalytic performance in the ZnO/NiO system as a result of the heterojunction structure, extremely higher specific surface area of the upper material in the heterojunction, and the consequent larger contact area with the MO solution. The influence on reaction time and orientation of the heterojunction are discussed and both will give an effect on the photocatalytic performance in the ZnO/NiO system. In summary, ZnO/NiO (1 min) has the best photocatalytic performance in the ZnO/NiO system.

Figure 6a and b show the concentration changes of MO and the UV-vis absorption spectra of MO aqueous solution with ZnO, Cu₂ O (pH 10, 20 min), CuSCN (3D), NiO (1 min), Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO, ZnO/CuSCN (3D), and ZnO/NiO (1 min) as the catalysts. Among the four semiconductor nanostructures ZnO, Cu₂ O (pH 10, 20 min), CuSCN (3D), and NiO (1 min), NiO has the most excellent photocatalytic performance owing to the multi-layer interspersed meshwork uniformly distributed and the consequent extremely higher specific surface area. ZnO has the bigger mobility and bigger specific surface area than Cu₂ O and CuSCN so that ZnO has the better photocatalytic performance. Cu₂ O has the better photocatalytic performance than CuSCN due to the bigger specific surface area. ZnO/NiO (1 min) heterostructure has the most excellent photocatalytic performance among all the heterostructures based on n-type ZnO and p-type Cu₂ O, CuSCN, and NiO. It is owing to more charge transfer caused by heterojunction structure, more photo-generated carrier as a result of higher specific surface area caused by the meshwork nanostructure of the upper NiO directly contacting to MO, and less carrier recombination caused by more compact contact of NiO/ZnO than Cu₂ O/ZnO and CuSCN/ZnO, as shown in Additional file 1:Figure S2(c), Figure S3(a), and Figure S4(a). In summary, NiO is the most suitable material for photocatalytic degradation of MO among the four semiconductor nanostructures of ZnO, Cu₂ O, CuSCN, and NiO. The photocatalytic performance of the semiconductor can be affected both by the mobility and the specific surface caused by the nanostructure. ZnO/NiO (1 min) heterostructure has the most excellent photocatalytic performance among all the architectures based on ZnO, Cu₂ O, CuSCN, and NiO. Influencing factor on the photocatalytic performance of all these architectures can be summarized as the inherent mobility of the material, the heterojunction architecture, and the morphology of nanostructure. The scheme of the photocatalysis mechanism using heterostructure photocatalyst is shown in Additional file 1:Figure S7. The mechanisms for improved photocatalytic properties are demonstrated in Additional file 1. To further assess the photocatalytic activity, we have compared the degradation ability of our best heterojunction in every system with other nanohybrids in Table 2. Compared with other catalysts, ZnO/NiO (1 min) demonstrated the best photocatalytic performance.

a The relative concentration (C_t /C₀ ) of MO versus time under light irradiation in the absence and presence of various photocatalysts:ZnO, Cu₂ O (pH 10, 20 min), CuSCN (3D), NiO (1 min), Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO, ZnO/CuSCN (3D), and ZnO/NiO(1 min); b The UV-vis absorption spectra of MO aqueous solution with different photocatalysts:ZnO, Cu₂ O (pH 10, 20 min), CuSCN (3D), NiO (1 min), Cu₂ O (pH 10, 20 min)/ZnO, ZnO/CuSCN (3D), and ZnO/NiO(1 min)