ZnO的光催化反应机理纳米ZnO的制备_改性及光催化研究进展

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1、第40卷第5期2011年9月内蒙古师范大学学报（门然科学汉文版）V。】・0N。・JournaloInnerongo1aormaIniverstyNaturalScencediion）Sept・2011纳米zn0的制备、改性及光催化研究进展邹彩琼，贾漫珂，曹婷婷，罗光富，黄应平(三峽大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北宜昌443002)摘耍：归纳了ZnO的物理化学基本特性，简述了ZnO的光催化反应机理，重点介绍了ZnO光催化剂的制备方法、应用及改性研究现状，同时分析了冃前ZnO光催化技术需要解决的问题，并对纳米Zn0在光催化治理有禄有机污染物领域的发展前景进行了展望•关键词：ZnO

2、：光催化：降解：有毒有机污染物中图分类号：043.2文献标志码：A文章编号：1001—一8735(011)5一一0500一一08纳米Zn0已成为继碳纳米管Z后备受关注的纳米功能材料2-［1］.随着颗粒尺寸减小至纳米级，比表ifii积剧增，纳米Zn0产生了与体相材料不同的表jfll效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量了隧道效应等特性〔2］.这些特殊效应使纳米Zn()具备了一系列优异的物理、化学、表而和界而性质，已被广泛应用在磁、光、电和催化等领域［3-4］.纳米Zn0是一种直接宽带隙半导体，带隙能为3.7eV,与Ti02的带隙能相近，可冇效地被紫外光(<368nm)激发，因而呈现出良好的光催

3、化活性［「作为分子组成简单的一类无机氧化物，n0具有无毒、原料易得、制备成本低和生物相容性良好等优点，应ffl广泛，尤其在光催化降解有毒有机污染物方面逐渐显现出优势.已有报道门表明，n0在降解生物难降解的有毒有机污染物方而，比广泛研究的TiCH表现出更高的光催化活性和量子产率，被认为是极具应用前景的高活性光催化剂之一.目前，可控制备不同形貌的Zn0(纳米棒c12-m］s纳米花5］、纳米管［“］和空心球［”］等)以提高光催化活性，改性Zn0以提高可见光响应范围门$-2叮，以及通过载体负载提高稳定性和重复使用率，从而建立环境友好的绿色光催化体系的研究［2U已成为热点.本文就ZnO的光催化机理

4、、制备及应用、改性和发展前景等进行简要概述.［］Zn0俗称锌白或白铅粉，为白色、淡黄色粉末或六方结晶，相对密度为5.7g/cm3,难溶于水，可溶于酸和强碱.n0为n型半导体，具有六方纤锌矿、立方闪锌矿和非常罕见的NaC1式八面体3种结构.闪锌矿结构只是作为过渡相存在，六方纤锌矿的稳定性最高，最为常见.六方纤锌矿所属空间样为P63mc，晶格点阵常数a=0・24nm,=0・20fnm•此夕卜，n0还具有许多狙特的悝质」MN较大啲激子结合能（高达60meV）和良好的生物和容性•2Zn0的光催化反应机理半导体光催化剂（如Ti（）2、n（）等）由填满电子的低能价带vB）和空的高能导带CB）构成，可

5、以被紫外光激发产生髙活性氧化物种，从而被广泛应用于坏境有毒有机污染物的降解和微生物的消除.n0光催化降解有毒有机污染物的机理与Ti02的降解机理相似［24-25］，可以分为以下3个步骤：①当Zn0被能量大于或等于其禁带宽度的光照射时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子（・），同时价带留下空穴（+）;收稿日期：2011-06-13基金项目：国家自然科学基金资助项目（087704821177072）；湖北省环保专顶（008HB08）:湖北省自然科学基金创新辞体项目620（009CDA020）作者简介：邹彩琼（986—），女，湖北荆州人，三峡大学硕士研究生通信作者：黄应平（964—），男，湖北

6、天门人，三域大学教授，博士生导师，主要从邪水污染控制光催化研究，E-ma1chemctgu@I26.om.zxz1zn0的物理化学基本特性22-236ZZ((zeh邹彩琼等：纳米Zn0的制备、改性及光催化研究进展②光生电子和空穴分别被表面吸附的02和H20分子等捕获，最终生成拜基tl由基（・0H）,该口由基通常被认为是光催化反应体系中主要的氧化物种：③-0H氧化电位高达2.eV,具有强氧化性，可以无选择性地进攻吸附的底物使Z氧化并矿化.该过程如图1所示，反应方程式［2一27］为-+（）-（）2・（）（）HH2（）2+（）2H202+hvt2・OHC02+H2()•0H+or有机污染物方面

7、，化活性和屋子产率，这i02高［10］,可以更充分在降解某些生物难降解的有毒Zn0比Ti02表现出更高的光催是因为：①Zn0对光的响应比T地利用太阳能；②Zn0禁带宽度为3.7eV，比Ti02（.2eV）大，氧化还原能力更强；③ZnO光催化剂的活性位图】处0的光催化降解机理点Z—为氧缺陷⑺］（包括氧间隙和氧空穴），氧间隙和氧-^otocataiytcechanin.fnO空穴两个杂质能级位于价带和导带Z间［28］,能分别捕获光生空穴