氧化鋅光催化劑的摻雜與復(fù)合研究進(jìn)展

魏鵬飛，余小紅，李 堯

（江漢大學(xué) 機(jī)電與建筑工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

紡織工業(yè)中各種染料的過量使用導(dǎo)致了地表水和地下水的嚴(yán)重污染，使用如混凝/絮凝［1-2］、電凝聚［3］、混凝/炭吸附過程［4］等方法并沒有消除污染物。半導(dǎo)體輔助光催化技術(shù)能將廢水轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，故而能替代傳統(tǒng)廢水處理，近年來作為一種有前景的技術(shù)已引起研究者們的廣泛關(guān)注。

由于半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)由填滿電子的低能價(jià)帶和空的高能導(dǎo)帶構(gòu)成，半導(dǎo)體（如TiO2、ZnO、CdS、Fe2O3、ZnS等）可作為光誘導(dǎo)氧化還原過程的感光劑。在光照射半導(dǎo)體時(shí)，價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶上，在價(jià)帶上產(chǎn)生空穴。有研究表明這些電子空穴對可以重新結(jié)合，也可以分別與其他分子相互作用。這些電子和空穴可以分別與溶液中的O2、OH-反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑如超氧自由基、羥基自由基（氧化電位2.8 V）［5］。TiO2具有高效、光化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的高效光催化劑。但是目前半導(dǎo)體光催化劑面臨幾個(gè)嚴(yán)峻的問題：一是光生電子-空穴對重組率高，不能有效地分離光生電子空穴對，會降低半導(dǎo)體光催化活性；二是半導(dǎo)體在可見光區(qū)的吸收能力很差，因?yàn)閆nO和TiO2的禁帶寬度約為3.20 eV，嚴(yán)重限制了太陽光的利用；三是難以將它們與經(jīng)過處理的溶液分離，從而導(dǎo)致工藝成本增加。相比于TiO2，研究發(fā)現(xiàn)ZnO的量子效率和理論光催化效率均高于TiO2，是一種很有前途的光催化劑［6-7］，并且ZnO的光催化降解機(jī)制與TiO2類似［8-9］，ZnO被視為可能的TiO2的替代品。此外，還有研究表明，ZnO在降解某些難降解的有機(jī)物的光催化效率比TiO2更高［10-13］。

基于ZnO的禁帶寬度Eg=3.2eV，ZnO只能利用太陽光中的紫外部分，而紫外光僅占自然光的4%，并且ZnO催化劑的光生載流子復(fù)合幾率大，導(dǎo)致ZnO的光催化活性并不能達(dá)到預(yù)期的效果。因此需要拓寬催化劑的光響應(yīng)范圍，而提高光生電子空穴對的分離效率并阻礙其復(fù)合是今后研究的重點(diǎn)。目前，為提高ZnO光催化活性，主要的研究方向有過渡金屬離子摻雜、貴金屬復(fù)合、半導(dǎo)體復(fù)合。

1 過渡金屬離子摻雜ZnO的制備和光催化研究

近些年，研究者們主要進(jìn)行了Fe3+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Mn2+等過渡金屬離子對ZnO的摻雜研究。在ZnO中引入過渡金屬陽離子可以改變晶格中鋅的配位環(huán)境，改變ZnO的電子能帶結(jié)構(gòu)。通常，金屬位點(diǎn)被認(rèn)為是作為接受半導(dǎo)體產(chǎn)生的光生電子或空穴的陷阱點(diǎn)，并抑制載流子的復(fù)合，從而提高半導(dǎo)體的光催化活性［14］。因此，目前的研究均是通過在晶格中引入不同的過渡金屬陽離子，對ZnO進(jìn)行了大量的修飾。

BA-ABBAD等［15］采用溶膠凝膠法制備不同濃度的Fe3+摻雜ZnO。紫外漫反射吸收光譜顯示Fe-ZnO的吸收帶紅移，增強(qiáng)了對400～600 nm的可見光區(qū)域的吸收，通過實(shí)驗(yàn)得到，當(dāng)摻雜Fe3+濃度為0.5 wt%時(shí)，光催化活性最高，對2-氯苯酚的降解率達(dá)到了80%以上，近似于為摻雜ZnO的1.5倍。

LU等［16］采用水熱法，在220℃條件下，于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中制得摻雜Co的ZnO。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻雜Co離子濃度在0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%時(shí)，Co-ZnO的吸收光譜均紅移，增強(qiáng)了對400～500 nm的可見光區(qū)域的吸收，其中1.0 wt%的Co-ZnO的光催化活性最好，可見光照射60 min時(shí)對茜素紅的降解率達(dá)到了90%以上，而未摻雜ZnO幾乎沒有降解茜紅素。并且，所制備的1.0 wt%的Co-ZnO經(jīng)過4次光催化反應(yīng)的循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，活性仍未降低，有著很好的穩(wěn)定性。

KANT等［17］采用凝膠溶膠法制備Ni摻雜ZnO，自然光下?lián)诫sNi的ZnO用了僅僅5 min就降解了50%的亞甲基藍(lán)，而ZnO卻用了20 min降解了50%的亞甲基藍(lán)，說明Ni摻雜ZnO提高了光催化的效率。ZnO摻雜Ni后，增加了價(jià)帶附近的缺陷位點(diǎn)，降低了有效帶隙，從而降低了激發(fā)電子從價(jià)帶到導(dǎo)帶的能量。然而，KANEVA等［18］采用溶膠凝膠法制備不同含量的Ni摻雜ZnO反而降低了ZnO光催化的活性。通過比較摻雜與未摻雜的ZnO薄膜對孔雀石綠溶液進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)得出，Ni2+的摻雜并沒有提高ZnO的光催化活性，反而降低了ZnO的光催化活性。Ni2+可能作為p型摻雜ZnO［19］，成為了電荷載體復(fù)合中心，增強(qiáng)了電子-空穴的復(fù)合，降低了有效載流子的濃度［20-21］。

ETACHERI等［22］利用草酸鹽共沉淀法合成Mg摻雜ZnO。光催化降解實(shí)驗(yàn)表明，0.10wt%的Mg-ZnO在600℃煅燒下降解亞甲基藍(lán)的光催化效率是純ZnO的2倍。隨著Mg摻雜的濃度的增加，Mg-ZnO有著更大的禁帶寬度和更優(yōu)良的組織結(jié)構(gòu)。但是，0.2 wt%的Mg-ZnO雖然有著更大的禁帶寬度和更好的組織結(jié)構(gòu)，它的光催化活性反而最低，這說明禁帶寬度和組織結(jié)構(gòu)并不是影響光催化活性的絕對因素。通過PL分析，0.2 wt%的Mg-ZnO活性的降低，可能是由于立方MgO二次相的結(jié)晶可作為電子?空穴復(fù)合中心，從而增加了光生電子空穴對的復(fù)合幾率，進(jìn)而降低了光催化活性。

ULLAH等［23］采用濕化學(xué)沉淀法制備Mn摻雜ZnO。光催化實(shí)驗(yàn)中，自然光照射下，摻雜的ZnO降解50%的亞甲基藍(lán)僅僅用了5 min，而純ZnO降解50%的亞甲基藍(lán)卻用了20 min。摻雜的ZnO的高降解速率得益于摻雜Mn后缺陷位點(diǎn)的增加，從而導(dǎo)致增強(qiáng)了對可見光區(qū)域的吸收。

2 貴金屬復(fù)合ZnO的制備和光催化研究

ZnO與貴金屬復(fù)合后貴金屬能作為電子接收器接收從ZnO傳輸出來的電子，可以實(shí)現(xiàn)電子和空穴有效地分離，從而提高光催化活性。Ag是貴金屬復(fù)合中最常用的貴金屬。雖然Ag與ZnO的復(fù)合可以提高ZnO的光催化活性，但是Ag的聚集會導(dǎo)致Ag和ZnO的接觸減少，更會影響所制備復(fù)合物的光催化活性，因此，在制備Ag/ZnO復(fù)合物時(shí)要減少Ag的聚集。

LIU等［24］采用水熱法與超聲輔助化學(xué)法來制備Ag/ZnO。通過經(jīng)典的多元醇工藝制備銀納米線［25］。最終產(chǎn)物通過EDS分析Ag的含量為0.8 wt%、2.8 wt%、4.9 wt%。光催化實(shí)驗(yàn)中，0.8 wt%的Ag/ZnO表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性，與P25相比，0.8 wt%的Ag/ZnO降解亞甲基藍(lán)的速率幾乎是P25的2倍。

GEORGEKUTTY等［26］采用無水溶膠凝膠法制備了Ag/ZnO粉末。通過光催化降解實(shí)驗(yàn)表明，3wt%的Ag/ZnO在煅燒溫度為400℃時(shí)光催化活性最高，紫外光照射下降解羅丹明6G的速率是純ZnO的4倍；在太陽光下，降解羅丹明6G的速率是純ZnO的5倍。煅燒溫度高于400℃時(shí)光催化活性降低，說明低溫度下催化劑有著更小的晶粒尺寸和合理的表面積。而隨著Ag含量的增加，催化劑的光催化活性反而降低，說明高含量的Ag發(fā)生了聚集，形成了光生電子空穴對的復(fù)合中心，從而降低了光催化活性。

YOO等［27］用不同維度的材料構(gòu)建了一個(gè)異質(zhì)結(jié)—零維納米銀，一維ZnO納米棒和二維石墨烯（CCG）。采用水熱法在CCG膜上生長ZnO納米棒，再將所制備的納米銀顆粒噴灑在ZnO/CCG上。紫外光照射下，Ag/ZnO/CCG降解亞甲基藍(lán)溶液4 h的降解率達(dá)到了92%，Ag/ZnO/CCG光降解過程中有兩種形式的電子傳輸：1）電子從ZnO傳輸?shù)紸g；2）電子傳輸?shù)紺CG。傳輸?shù)紺CG的電子仍可以傳輸?shù)紸g，有效地實(shí)現(xiàn)了光生電子空穴對的有效分離，可以延長電子空穴對的存在時(shí)間，從而提高光催化活性。

3 半導(dǎo)體復(fù)合ZnO的制備和光催化研究

研究發(fā)現(xiàn)，將兩個(gè)或兩個(gè)以上的半導(dǎo)體結(jié)合在一起，既能增大可見光區(qū)域的吸收，又能降低載流子的復(fù)合，從而提高光催化活性。由于不同能級的導(dǎo)帶（CB）之間的半導(dǎo)體，光激發(fā)的電子可以迅速從一個(gè)半導(dǎo)體到鄰近的半導(dǎo)體從而加速電子空穴對的分離，提高光催化活性［27］。

3.1 二元復(fù)合

根據(jù)催化反應(yīng)的熱力學(xué)條件，氧化還原電位的價(jià)帶（VB）空穴的電位必須足夠正才能和溶液反應(yīng)生成羥基自由基，導(dǎo)帶（CB）電子的電位必須足夠負(fù)才能和吸附在溶液上的O2反應(yīng)產(chǎn)生超氧自由基［29］。目前，研究者們將Bi2S3、Fe2O3、NiO、TiO2等半導(dǎo)體與ZnO復(fù)合，均能提高ZnO的光催化活性。傳統(tǒng)的窄禁帶和寬禁帶半導(dǎo)體之間的電荷轉(zhuǎn)移有利于因空穴而引起的氧化反應(yīng)，以及因兩個(gè)不同位置的電子引起的還原反應(yīng)，以防止載流子復(fù)合。此外，窄帶隙半導(dǎo)體的摻入，增強(qiáng)了對可見光范圍內(nèi)的吸收。氧化物半導(dǎo)體復(fù)合通過形成半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)，是一種可以提高光利用率和光生電子空穴對的分離效率的有效途徑。

SUBRAMANIAN等［30］利用多步水溶液沉淀法制備了不同濃度的Bi2S3/ZnO，實(shí)驗(yàn)表明25.7 wt%的Bi2S3/ZnO的光催化活性最好。紫外光照射90 min，Bi2S3/ZnO降解酸性黑1的降解率達(dá)到了96%。光催化活性受許多因素的影響，其中比表面積和光致載流子的輸運(yùn)性質(zhì)是兩個(gè)關(guān)鍵因素。Bi2S3/ZnO納米片之所以光催化性能優(yōu)異是因?yàn)槠銪ET比表面積（26.1 m2/g）遠(yuǎn)大于ZnO的BET比表面積（11.5 m2/g），能與有機(jī)染料更充分地接觸，提高光催化活性。并且所制備的25.7 wt%的Bi2S3/ZnO反復(fù)進(jìn)行5次光催化降解實(shí)驗(yàn)后的光催化活性幾乎不變。

WU等［31］采用簡單的濕化學(xué)方法合成了不同濃度的梭型α-Fe2O3/ZnO的核殼異質(zhì)結(jié)。紫外光照射105 min降解羅丹明B，0.08 wt%的α-Fe2O3/ZnO的降解速率最大，是P25的2倍，其降解率也最高，達(dá)到了90%以上，而P25僅為70%。在光的照射下，光生電子從α-Fe2O3的導(dǎo)帶傳輸?shù)捷^低勢能的ZnO導(dǎo)帶，有效地降低了電子空穴對的復(fù)合幾率，提高了電子遷移率。

LUO等［32］采用熱氧化脈沖電沉積制備多孔微納米NiO/ZnO異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料。由于高溫和金屬鎳、鋅氧化的影響，NiO和ZnO之間界面上發(fā)生小范圍內(nèi)原子相互擴(kuò)散，從而形成了黏結(jié)強(qiáng)度高的異質(zhì)結(jié)界面，這使得在光的照射下，NiO導(dǎo)帶上的電子很容易傳輸?shù)絑nO的導(dǎo)帶上，ZnO價(jià)帶上的空穴也很容易傳輸?shù)絅iO價(jià)帶上，從而實(shí)現(xiàn)了載流子的有效分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與純ZnO和層狀NiO/ZnO相比，多孔NiO/ZnO有著更好的光催化活性。這是因?yàn)閷訝頩nO是由晶粒間間隙大的微小多晶顆粒組成，這些間隙產(chǎn)生的高內(nèi)阻或能量屏障，使光生電子和空穴容易聚集或重組，導(dǎo)致分離效率低。因此，層狀復(fù)合材料表現(xiàn)出較差的光催化活性。

LIN等［33］利用水熱法成功制備出直徑為30 nm的TiO2/ZnO納米棒復(fù)合材料。銳鈦礦型的TiO2、Ti2O3沿著ZnO的晶格生長，在TiO2/ZnO的界面形成Zn2+摻雜Ti2O3，因此，由于Zn2+取代Ti3+形成大量的n-p-n異質(zhì)結(jié)，在內(nèi)電場的驅(qū)動下，光生電子從ZnO和TiO2的導(dǎo)帶傳輸?shù)絑n2+摻雜Ti2O3的導(dǎo)帶上，從而有效增強(qiáng)分離光生電子空穴對的分離和載流子的傳輸。在紫外光的照射下，TiO2/ZnO對甲基橙的降解速率是P25的4倍，是ZnO的納米棒的3倍，并且TiO2/ZnO對甲基橙的降解率均高于P25和ZnO。

綜上所述，復(fù)合半導(dǎo)體的濃度、比表面積以及形貌均是影響ZnO復(fù)合半導(dǎo)體的光催化活性的重要因素。

3.2 三元復(fù)合

窄禁帶半導(dǎo)體與ZnO的復(fù)合較ZnO和P25表現(xiàn)出更加優(yōu)異的光催化活性，但是大多數(shù)與ZnO復(fù)合的半導(dǎo)體在處理有機(jī)染料時(shí)穩(wěn)定性不高（如Cu2O、Ag等），因此研究者們對這些ZnO二元復(fù)合物進(jìn)行三元復(fù)合，這些三元復(fù)合物表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，電子空穴對的分離效率和分離時(shí)間均大大增加，表現(xiàn)出的光催化活性更高。

三元復(fù)合物在光照射下，窄禁帶的半導(dǎo)體受到激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對，由于窄禁帶半導(dǎo)體的導(dǎo)帶能量比其余兩個(gè)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶能量更小，因此電子由窄禁帶半導(dǎo)體的導(dǎo)帶傳輸?shù)綄捊麕О雽?dǎo)體的導(dǎo)帶，而窄禁帶半導(dǎo)體的價(jià)帶能量大于其余兩個(gè)半導(dǎo)體的價(jià)帶能量，窄禁帶半導(dǎo)體價(jià)帶上的空穴不會移動或者移動到寬禁帶半導(dǎo)體的價(jià)帶上，從而實(shí)現(xiàn)了電子空穴對的有效分離。

近年來，研究者們報(bào)道了一些p-Cu2O和n-TiO2或ZnO復(fù)合的二元異質(zhì)結(jié)構(gòu)［34-36］。在這些研究中，能成功地增強(qiáng)載流子的分離得益于Cu2O（-1.16 V）的導(dǎo)帶電位比TiO2（-0.1 V）或ZnO（-0.2 V）的導(dǎo)帶電位更負(fù)。但是Cu2O最主要的缺點(diǎn)是在水溶液中的穩(wěn)定性低，鑒于此，LI等［37］提出了一種像三明治一樣的新型三元納米異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的n-ZnO/p-Cu2O/n-TNA。在n-TNA上沉積p-Cu2O后，光譜吸收帶邊明顯紅移到可見光區(qū)域（505 nm），禁帶寬度由3.2 eV減小到2.46 eV。n-ZnO/p-Cu2O/n-TNA的光譜吸收區(qū)域與p-Cu2O/n-TNA類似，紅移到可見光區(qū)域（510 nm），禁帶寬度為2.43 eV。所制備的ZnO/Cu2O/TNA的三元復(fù)合物在可見光的照射下，外電壓為0.5 V時(shí)，n-ZnO/p-Cu2O/n-TNA電極的光電流密度是純TNA電極的108倍，是p-Cu2O/n-TNA的3.6倍，在可見光下對四環(huán)素的降解率達(dá)到了60%，在太陽光下對四環(huán)素的降解達(dá)到了80%以上。

二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的石墨烯，是提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)活動的絕佳材料，因?yàn)槠淠芨纳平缑娴碾姾赊D(zhuǎn)移，在其表面對有機(jī)污染物有良好的吸附能力。

KHOA等［38］制備了一種Au修飾的rGO/ZnO空心球，ZnO納米空心球的電荷轉(zhuǎn)移時(shí)間是87 ps，而納米棒、納米粒子、納米墻的電荷轉(zhuǎn)移時(shí)間為128 ps、150 ps、990 ps，這表明電子和空穴分離更快。在紫外光照射下，Au/rGO/ZnO循環(huán)降解亞甲基藍(lán)三次的降解率分別為70%、65%和69%，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。Au/rGO具有優(yōu)異的吸附性能（比表面積大），因此，光激發(fā)的電子被Au/rGO捕獲，并快速與氧氣反應(yīng)形成超氧陰離子自由基（O2·－）或過氧化氫自由基來降解有機(jī)物。而光生空穴與水或OH—反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基（OH·）來氧化有機(jī)物。

石墨相氮化鈦（g-C3N4），作為一種聚合物有機(jī)半導(dǎo)體，因其熱高穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良特性，豐富的前驅(qū)體和較窄的帶隙寬度（2.7 eV）受到了廣泛的關(guān)注。C3N4基復(fù)合物的光生電子從C3N4的導(dǎo)帶傳輸?shù)脚c之復(fù)合半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，有效促進(jìn)了電子空穴對的分離。AKHUNDI等［39］采用溶膠凝膠法得到 C3N4/ZnO/AgCl。所制備的 C3N4/ZnO/AgCl在可見光下降解羅丹明 B 的速率分別是 g-C3N4，g-C3N4/ZnO和g-C3N4/AgCl的9.5、7.5、和6倍。研究者們受到石墨剝離的啟發(fā)，石墨的類似物CN納米片（CNNSs）可以通過層狀CN的剝離得到［40-42］。剝離CN得到的二維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了載流子遷移率和比表面積的增加，不僅提高了催化劑的催化性能，而且有利于與其他材料的相互作用。

PANDISELVI等［43］采用原位聚合法和溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝（EIA）方法，將三元復(fù)合物以CN-NS∶PANI∶ZnO為100∶10∶10、100∶5∶5和100∶2.5∶2.5的比率制備了一種新型的CN-NS/PANI/ZnO三元催化劑。在自然光照射下，CN-NS/PANI/ZnO對亞甲基藍(lán)的降解率達(dá)到了80%以上。對4-CP的降解率達(dá)到了70%，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CN/PANI/ZnO和ZnO。并且CN-NS/PANI和 CN-NS/ZnO的對有機(jī)物的降解率均高于CN-NS、ZnO和PANI/ZnO，說明CN-NS基的復(fù)合物相比于復(fù)合之前，有效地提高了光催化活性。

PIRHASHEMI等［44］將n-AgBr、n-Ag2CO3和n-ZnO復(fù)合成ZnO/AgBr/Ag2CO3三元異質(zhì)結(jié)，將這3個(gè)n型半導(dǎo)體復(fù)合串聯(lián)成n-n的異質(zhì)結(jié)有著可觀的光催化活性，原因是通過復(fù)合形成的n-n或者n-p的異質(zhì)結(jié)能誘導(dǎo)內(nèi)電場，提高光生電子對的分離。可見光下降解羅丹明B、亞甲基藍(lán)、甲基橙的速率分別是ZnO的122、86、88倍。ZnO/AgBr/Ag2CO3是由三種n型半導(dǎo)體復(fù)合而成，因此復(fù)合之后會形成n-n異質(zhì)結(jié)。

PIRHASHEMI等［45］采用簡易超聲照射法制備了一種ZnO/Ag/Ag2WO4的光催化劑。光催化實(shí)驗(yàn)表明，可見光照射下，ZnO/Ag/Ag2WO4對羅丹明B的降解速率分別是Ag/Ag2WO4和ZnO的95倍和10倍。

如今，磁性材料提供了一種有效的方法，能利用外加磁場將光催化劑與被處理的溶液分開。因此，在可見光照射下，通過適當(dāng)?shù)拇判圆牧吓c具有相當(dāng)吸收能力的光催化劑結(jié)合，可以制備出磁分離的可見光驅(qū)動的光催化劑，對未來工業(yè)化生產(chǎn)起到了積極的促進(jìn)作用。盡管在可見光照射下存在潛在的光催化活性，只有少數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道了ZnO/AgI納米復(fù)合材料的制備［46-49］。另外，對于超聲波輔助制備半導(dǎo)體復(fù)合材料的報(bào)導(dǎo)較少，對基于ZnO/AgI納米復(fù)合材料的可磁分離的光催化劑的研究也很少。

SHEKOFTEH-GOHARI等［50］制備了一種高光催化活性、可重復(fù)使用以及可外磁場分離的ZnO/AgI/Fe3O4三元復(fù)合物。在可見光照射下，降解羅丹明B、亞甲基藍(lán)和甲基橙的速率是ZnO/Fe3O4的32、6、5倍。

綜上所述，無論是對ZnO進(jìn)行摻雜或者復(fù)合改性，均是以增加ZnO在光照下電子空穴對的分離速率、提高電子空穴對的分離時(shí)間為目的來提高ZnO的光催化活性。相較于過渡金屬摻雜，半導(dǎo)體復(fù)合無論是在ZnO光催化活性的提高程度、對多種有機(jī)染料的處理以及可重復(fù)利用和可回收等方面的研究效果更好，是一種很有前景的改性方法。

4 結(jié)語與展望

本文總結(jié)了近年來提高ZnO光催化活性的幾個(gè)研究方向。過渡金屬摻雜能形成更多的氧空位，能促進(jìn)光生電子空穴對的有效分離；貴金屬復(fù)合能使貴金屬作為電子接收器，接受ZnO產(chǎn)生的光生電子，而從實(shí)現(xiàn)光生電子空穴對的分離；半導(dǎo)體復(fù)合又分二元復(fù)合與三元復(fù)合，半導(dǎo)體復(fù)合能有效增加半導(dǎo)體的比表面積，增加半導(dǎo)體的吸收光譜，并且不同禁帶寬度的半導(dǎo)體復(fù)合能有效實(shí)現(xiàn)電子空穴對的分離。

雖然一些報(bào)道改性的ZnO獲得了很高的光催化活性，但是光催化劑仍存在一些需要解決的問題：如何確定各改性方法的光催化機(jī)理；如何回收光催化劑，文獻(xiàn)［50］中所制備的磁性ZnO/AgI/Fe3O4為今后分離光催化劑和溶液提供了方向；如何提高光催化劑的穩(wěn)定性，使其能幾十次甚至上百次地重復(fù)使用；如何工業(yè)化生產(chǎn)等等，這需要研究者們開發(fā)更優(yōu)良的新型的光催化劑。

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