纳米氧化锌及其复合光催化材料的制备及光催化性质研究

随着工业和经济的发展，污染问题日趋严重，光催化是目前解决这一问题的最有效途径。目前应用最广泛的光催化剂是TiO2，ZnO由于是直接带隙半导体具有高的量子效率因而能够与TiO2形成优势互补。如何实现可见光照射下载流子的激发成为半导体光催化剂面临的关键问题。本项目拟开展纳米ZnO及其复合材料的制备及光催化性质的应用基础研究。提出在禁带中引入多能级增加可见光吸收的构想，对ZnO进行合适的金属、非金属元素二元掺杂，并实现ZnO纳米材料的可控生长；以掺杂纳米材料为基础制备ZnO与窄禁带半导体的复合材料，实现可见光响应并提高光催化活性；提出以磁核纳米粒子为种子层，制备掺杂ZnO纳米结构及其复合材料便于催化剂回收利用。最终获得紫外-可见光响应的、高光催化活性的新型光催化剂。本项目的研究成果对光催化产业的发展和环境净化都具有重要意义。

由于工业与经济的发展，全球性的环境污染愈演愈烈，制备高效光催化活性的ZnO纳米材料可有效解决这一问题。目前应用最广泛的光催化剂是TiO2，ZnO 由于是直接带隙半导体具有高的量子效率因而能够与TiO2 形成优势互补。如何实现可见光照射下载流子的激发成为半导体光催化剂面临的关键问题。本项目针对纳米ZnO 及其复合材料的制备及光催化性质的应用基础展开了研究，并取得了一些具有代表性的成果。其中包括：通过水热法、溶胶凝胶法、气相传输法、电化学沉积等方法采用不同掺杂源成功制备了一元掺杂型（P、Sb、N、Mg、Ag、Cd）ZnO纳米材料，借助X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能量色散谱(EDS)、光致发光谱(PL) 及紫外-可见分光光度计(UV-vis) 等测试手段对材料物性进行表征；在禁带中引入多能级，对ZnO 进行Cu、N及Ag、N的金属、非金属元素的二元掺杂，实现了ZnO 纳米材料的可控生长；以掺杂纳米材料为基础制备了ZnO 与窄禁带半导体CdO的复合材料，拓宽了光谱响应范围并提高了光催化活性；以磁性纳米粒子为种子层，制备掺杂ZnO 纳米结构；在ZnO基纳米材料表面进行Au、Ag两种金属纳米颗粒修饰，提高了其光催化活性等等，通过为期三年的针对性研究最终获得了紫外-可见光响应的、高光催化活性的新型光催化剂，同时上述研究成果对光催化产业的发展和环境净化都具有重要意义。