文 献 综 述

半导体光催化技术是一种新型的现代水处理技术，具有效率高、能耗低、反条件温和、适用范围广和减少二次污染等优点。其中，ZnO和TiO₂光催化剂由于具有无毒、降解效率高、反应速度快、价廉以及具有较好的物理化学稳定性等优点，得到了研究学者的广泛关注。尽管TiO₂被认为是目前最有效的光催化剂，但ZnO同样具有相似的禁带宽度3.2eV。此外，有学者发现在一些有机物的降解中ZnO表现出比TiO₂更优异的催化性能^[1]；相同条件下ZnO的产H₂O₂效率高且表面拥有更多的活性位^[2]，从而吸引了广大学者的研究兴趣。

1.氧化锌的基本性质

1.1 ZnO 的物理化学基本特性^[3-4]

ZnO 俗称锌白（或白铅粉），是白色、淡黄色粉末或六方结晶，其相对密度为5.67 g/cm3，难溶于水，可溶于酸和强碱。ZnO为n型半导体，具有六方纤锌矿、立方闪锌矿和非常罕见的NaCl式八面体3种结构，其中闪锌矿结构只是作为过渡相存在，最为常见的六方纤锌矿稳定性最高。六方纤锌矿所属空间群为P63mc，晶格点阵常数a＝0.324nm，c ＝0.5206 nm。此外，ZnO还具有许多独特的性质，例如较大的激子结合能（高达60 meV）和良好的生物相容性等。

1.2 ZnO 的光催化反应机理^[5-6]

半导体光催化剂（如TiO₂ 、ZnO 等）由填满电子的低能价带（VB）和空的高能导带（CB）构成，可以被紫外光激发产生活性较高的氧化物，因而被广泛应用于环境有毒有机污染物的降解和微生物的消除中。ZnO光催化降解有毒有机污染物的机理与TiO₂ 的降解机理相似可以分为以下3个步骤：

① 当ZnO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（e^-），同时价带留下空穴（h ）；

② 光生电子和空穴分别被表面吸附的O₂和H₂O 分子等捕获，最终生成羟基自由基（#8226;OH），该自由基通常被认为是光催化反应体系中主要的氧化物种；

③ #8226;OH 氧化电位高达2.7 eV ，具有强氧化性，可以无选择性地进攻吸附的底物使之氧化并矿化。反应方程式为：