ZnO体单晶的光催化杀菌效能及机理研究

宽带半导体的光催化杀菌作用是众所周知，但是相关机理却仍然处在争议中。最近已有研究关注不同晶面与光催化活性之间的关系，但其都是通过合成不同形状的纳米材料来开展相关研究，而纳米颗粒本身的纳米毒理性却会对光催化杀菌机理的研究产生干扰，利用体单晶进行机理研究可以解决上述的缺陷。申请人前期通过ZnO体单晶进行的Zn面和O面的光催化效能的研究，表明了光生电子在光催化杀菌作用中占主导地位，而不像通常光催化研究者所理解的是光生空穴起主要作用。本项目拟在前期的基础上，通过对ZnO单晶面结合以金属、不同载流子类型的半导体来实现对ZnO单晶表面内建电场的调控，从而系统性地研究经过改性后的的极性面和非极性面对两类典型细菌（革兰氏阴性、革兰氏阳性）的光催化杀菌的微观过程及效能。由于内建电场可调控ZnO单晶中光生电子和光生空穴的迁移方向和速度，研究结果对于理解不同光生载流子所分别导致的光催化杀菌机制具有重要意义。

宽带半导体的光催化杀菌作用是众所周知，但是相关机理却仍然处在争议中。最近已有研究关注不同晶面与光催化活性之间的关系，但其都是通过合成不同形状的纳米材料来开展相关研究，而纳米颗粒本身的纳米毒理性却会对光催化杀菌机理的研究产生干扰，利用体单晶进行机理研究可以解决上述的缺陷。我们前期的研究发现ZnO单晶的Zn面呈现出优于O面的光催化杀菌效能，本项目在前期的基础上，通过对ZnO单晶面结合以金属、不同载流子类型的半导体来实现对ZnO单晶表面内建电场的调控，在内建电场的作用下，光生电子和空穴可以有效的分离，并快速地迁移到表面，进而与水和氧气反应生成具有强氧化能力的自由基，最终呈现出最优的光催化效能。实验表明通过在ZnO单晶表面溅射掺Al的ZnO薄膜（形成n＋-n结）可以大大提高ZnO单晶的光催化降解染料以及光催化杀菌效能；金属(Ag和Pt)与ZnO单晶的接触类型(欧姆接触或者肖特基接触)决定了界面电场的方向，因此也会产生对光催化效率产生不同的影响；我们的研究在实验上厘清了异质结的类型对催化性能影响上的一些长期的猜测。本项目已按期完成预期目标，发表7篇SCI学术论文。