趙鳳香，安 召，林佳宏，徐家杰，丁志平

(西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730124)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境問題在世界范圍內(nèi)變得越來越突出，水污染是最嚴(yán)重的問題之一。1976年，Carey等[1]最早使用半導(dǎo)體光催化劑TiO2降解環(huán)境污染物多氯聯(lián)苯，開辟了光催化應(yīng)用的新領(lǐng)域。

常用的半導(dǎo)體光催化劑有TiO2、ZnO、CdS、SiO2等，近年來也有一些研究表明，ZnO在紫外區(qū)的響應(yīng)要比TiO2強(qiáng)，針對(duì)某些有機(jī)分子ZnO的降解性能更好，證明其可以用于污水降解、光電材料、光催化產(chǎn)氫等。但因?yàn)檠趸\有一定缺陷，比如電子-空穴復(fù)合率高、只吸收紫外光、易損失不便回收利用等。本文著重介紹氧化鋅改性方法的研究和應(yīng)用進(jìn)展。

1 氧化鋅的改性方法及其應(yīng)用

1.1 貴金屬沉積改性

貴金屬沉積是指通過某種物理或化學(xué)方法將納米級(jí)的Ag、Pt、Au等微粒沉積在半導(dǎo)體表面，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。貴金屬和氧化鋅兩者的費(fèi)米能級(jí)不同，貴金屬可以作為臨時(shí)倉(cāng)儲(chǔ)來捕獲光生電子，提高電子和空穴的分離率，貴金屬還可以在可見光的照射下產(chǎn)生表面等離子體共振[2]，提高光催化劑對(duì)光的吸收利用效率。

Sun等[3]采用一種生產(chǎn)成本低且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的化學(xué)沉淀法，在堿性條件下，以可溶鋅鹽與硝酸銀用葡萄糖一步還原沉淀，制備了Ag沉積改性的納米Ag/ZnO，Ag離子部分嵌入氧化鋅的晶格，增大了晶面間距，XRD圖中氧化鋅衍射峰的位置發(fā)生偏移，在最佳Ag含量沉積的條件下，Ag/ZnO的光催化降解亞甲基藍(lán)的效率是純氧化鋅的1.93倍，光催化效率有了明顯的提升，且在此后多次的循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，證明復(fù)合材料Ag/ZnO有更強(qiáng)的耐光腐蝕性能。

1.2 半導(dǎo)體復(fù)合改性

氧化鋅的禁帶寬度為3.37 eV，只能吸收紫外光部分，復(fù)合不同的具有能級(jí)差異的半導(dǎo)體，所形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以提高電荷分離效率，并將光響應(yīng)范圍延伸至可見光區(qū)。

彭勇剛[4]在表面活性劑的存在下，直接沉淀制備了纖鋅礦ZnO和金紅石型SnO2復(fù)合而成的光催化劑，在光催化降解亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)中，Sn/Zn存在最佳摩爾比為1∶4，反應(yīng)物濃度和煅燒溫度也會(huì)對(duì)光催化效率產(chǎn)生影響。

Jiang等[5]采用水熱法制備微納米Cu2O球形顆粒，用電化學(xué)沉積的方法將其修飾在ZnO薄膜表面，修飾之后的ZnO薄膜有更大的比表面積，吸收邊移動(dòng)至可見光區(qū)域，對(duì)污染物甲基橙表現(xiàn)出了較好的光催化去除能力。

1.3 離子摻雜改性

趙菲[6]通過一步水浴合成法用不同量的Ce對(duì)中空狀的ZnO進(jìn)行摻雜，得到的Ce/ZnO粒徑變小，但介孔數(shù)量增多，且比表面積是純ZnO的4.3倍，Ce4+代替Zn2+存在于催化劑表面，有更強(qiáng)的捕獲電子能力，對(duì)甲基橙的降解率明顯高于純ZnO，且抗光腐蝕能力強(qiáng)可循環(huán)利用。

王元有[7]先運(yùn)用軟模板法制備多孔ZnO微球，再用水熱法將過渡金屬Ni摻雜在ZnO空心微球中，Ni在ZnO表面均勻分布，比表面積增大，其電流密度高于純ZnO電極，Ni粒子進(jìn)入晶格增加了氧空位缺陷，提高了光催化性能，當(dāng)Ni的摻雜量為5%時(shí)Ni/ZnO的光催化活性達(dá)到最佳。

2 與磁性材料復(fù)合改性

在實(shí)際應(yīng)用中，存在納米光催化劑在水中易團(tuán)聚、損失率高、重復(fù)利用率低、固液分離困難等問題，引入磁性材料與催化劑復(fù)合，即可在外加磁場(chǎng)的條件下實(shí)現(xiàn)磁轉(zhuǎn)移，是一種十分簡(jiǎn)便、高效的方法。

李艷芬[8]提出一種熱溶劑法，以二水合醋酸鋅為鋅源，六水合氯化鐵為鐵源，乙二醇為還原劑和溶劑，一步合成了Fe3O4/ZnO復(fù)合材料。由于[Zn(OH)4]2-濃度的不同，所生成的Fe3O4/ZnO復(fù)合材料的形貌有紡錘形和多孔正六邊形結(jié)構(gòu)。并且在降解亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)樽贤夤庹丈浜蛠嗚F離子、過氧化氫的協(xié)同作用，使Fe3O4/ZnO復(fù)合材料光催化性能優(yōu)越。

3 結(jié)語

通過貴金屬沉積、離子摻雜、與半導(dǎo)體復(fù)合或者負(fù)載在碳結(jié)構(gòu)材料上，可以提高氧化鋅納米材料的比表面積，可以加快空穴-電子分離效率提高光催化性能，可以將光響應(yīng)范圍從紫外區(qū)延長(zhǎng)至可見光區(qū)，修飾表面缺陷可以增強(qiáng)抗光腐蝕能力；與磁性材料復(fù)合可以減少催化劑的損失，實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)利用。通過以上多種方法改性后的氧化鋅在污水處理、光催化劑合成有機(jī)中間體等多個(gè)領(lǐng)域都表現(xiàn)出良好的性能和應(yīng)用前景。但是水體污染物還包括抗生素、酚類、重金屬等，合成催化劑有更好的代替品，以及較難實(shí)驗(yàn)工業(yè)化生產(chǎn)等大大小小的問題，因此未來關(guān)于氧化鋅性能提升的研究仍需要多方面深入探索。