纳米氧化锌光催化剂的制备及应用

刘惠，魏珊珊，黄晓菁，陈凯，王力

(山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266590)

氧化锌(ZnO)是锌的一种无机氧化物，不溶于水，直接溶于酸和强碱中。氧化锌作为新型半导体材料，具有多方面的优良化学性能，主要的特点表现在其化学性能及其结构稳定、无毒对人体无害、且热稳定性以及光电化学性能较为优异。ZnO的优异性能，使其已发展成为光电半导体光学材料应用领域中极具发展前景的一种材料，并在工业和科学界已经得到广泛的研究应用。

1 ZnO光催化剂的催化机理

光催化反应的过程即利用半导体催化剂在价带中接收特定电子能量的价带发射光子后将可见光能直接转化为导带中的化学电子能的反应过程[1]。当光照射在ZnO表面时，价带中的电子受光激发跃迁至导带产生电子和空穴，然后光生载流子移动到ZnO催化剂的表面上，同时会发生电子和空穴的重组，降低量子产率[2]。但是这种电子和空穴的重组率会受到光催化剂结构和表面改性等诸多因素的影响[3]。ZnO导带底部的氧化还原电位激发的电子能与催化剂表面的氧分子发生反应并且可以产生超氧阴离子自由基，因此水分子可以被分解为羟基自由基，并且这些自由基具有较高的活性，可以降解废水中的有机分子从而达到净水的作用[4-7]。方程式[8]如下：

ZnO+hv→e-+h+

(1)

h++H2O→·OH+H+

(2)

h++OH-→·OH

(3)

e-+O2→·O2-

(4)

e-+O2+H+→·HO2

(5)

·O2-+·HO2+H+→H2O2+O2

(6)

·OH+Pollu.→CO2+H2O

(7)

2 纳米ZnO的制备

纳米ZnO作为一种宽禁频射带的新型半导体光催化剂，由于其热稳定性和半导体光电化学性能较为优异，化学性能、结构稳定，且不会毒害人体的身心健康，成为最具有发展前景的绿色环保型半导体光催化剂之一[9]。……