Mg-ZnO復合物的紫外光催化效率及協同作用研究

趙 鵬,張晉騰,林艷紅

(吉林大學化學學院,長春 130012)

近年來,工業化造成的水體污染逐漸成為一個嚴重的環境問題. 傳統的污水處理工藝消耗大量能源,同時會將溫室氣體二氧化碳排放到大氣中. 具有獨特結構和形貌的納米材料因在治理污染方面的技術優勢而成為當前研究的熱點[1]. 光輔助廢水凈化具有能源豐富、可再生性強、成本效益高等特點,是光催化去除污染水體中有毒有害物質的一個快速發展的方向[2],特別是半導體基光催化劑在過去幾十年中受到了廣泛的關注[3,4]. 目前TiO2[5,6],SnO2[2],CdS[7],ZnO[8],BiOI[9]和Ag3PO4[10]等已成功應用于水中有機污染物的治理. 其中ZnO作為一種常見的直接寬帶隙半導體(3.37 eV),擁有較大的激子束縛能(60 meV),同時具有成本低廉、環境友好、易于制備和分離、形貌和尺寸豐富可控、壓電常數大、電子遷移率高(205～300 cm2·V/s,遠超過TiO2的0.1～4 cm2·V/s)等特點,被認為是一種優良的光催化劑[11,12]. 然而,化學穩定性差、比表面積低、光生電子-空穴對的快速復合和量子產率低等缺點限制了ZnO的實際應用[13,14]. 近年來,人們采用離子摻雜、半導體耦合、貴金屬負載、形貌調控等方法改善ZnO的光催化性能,取得了很好的效果.

與傳統的過渡金屬離子和稀土元素摻雜相比,Mg元素在地殼中含量豐富且分布廣泛,同時Mg摻雜ZnO因具有無毒、價格低廉及易于大規模生產的優點而備受關注. 過渡金屬摻雜是在半導體帶隙中引入新的局域d能級,這將有益于減小半導體的帶隙,同時形成新的電子捕獲中心,抑制光生載……