3.3.1ZnO光催化实验 15

3.3.2ZnO光催化结果分析 16

第四章总结与展望 21

致谢 22

参考文献 23

第一章绪论

1.1研究背景

伴随着化学工业的前进与发展，随着带来的环境污染问题也越来越严重。就目前而言，水污染问题无疑已经成为对人类危害最严重的问题之一，而其污染源大都来自工业排放的废水、污水、城乡生活污水以及农业生产过程中造成的氮、磷等污染。随着众多污染源不断被排放以及渗入河流以及地下水中，水资源质量问题也变得日趋严重，至使可饮用水资源大量减少，水污染问题已经严重影响到人们的正常生活，因此，我们需要更加高效、环保的治理手段。而传统的水污染处理方法有很多种，如物理技术和生物技术，物理技术仅仅将污染物分离却并没有合理处理污染物，而生物技术本身需要消耗大量的时间并难以根除污染物。因此，我们需要更加高效，方便的水污染处理的方法，而近年来，利用光催化处理水污染的研究也已经取得了显著的进展。光催化反应的应用研究已经在水污染处理，环境保护等方面得到了广泛的开展。现在，光催化已经发展成了一门新兴的交叉学科。经大量的研究结果证明，许多半导体材料具有光催化作用：其中，ZnO和Ti02因具有无毒、反应速度快、降解效率高、价廉和较好的物理化学稳定性等优点，得到了广泛的研究[1]。尽管Ti02被普遍认为是最有效光催化剂，但ZnO具有价廉和相似的禁宽度3.2eV[2]。此外，研究发现：在一些有机物降解中ZnO表现出比Ti02更高的光催活性：ZnO胶体在相同条件下比Ti02的产H202效率高且表面拥有更多的活性部位，从而吸引了众多学者的研究兴趣[3]。光催化作用的机理也已经被深入地理解；并且已经利用光催化已经有效处理了大量的污染物，光催化在土壤、水质和大气的污染治理方面表现出了显著应用前景。

近年来，以太阳能转化和存储为背景的半导体光催化特性的研究发展很快[4]，利用光催化降解水中污染物的研究，近几十年来也取得了众多明显的进展，这项技术的一些显著的优点有：水中所含的多种有机污染物都可以被完全降解为二氧化碳和水等；而水中所含的多种有害的酸、碱、盐类等污染物也可以被氧化或还原为无害物；光催化具有廉价，无毒害，稳定等优点。

1.2ZnO的结构与性质

1.2.1ZnO的结构

ZnO晶体中的化学键由离子键和共价键组成，并且两种化学键成分的所占比例相差无几，所以ZnO晶体中的化学键没有离子晶体那么强，导致ZnO晶体的晶体结构在某些外在因素的影响下更易发生改变。ZnO晶体的晶体结构有三种，分别为闪锌矿结构，纤锌矿结构以及氯化钠式八结构，如图1-1所示[5]。其中最后一种比较少见，一般的结晶形态为前两个。

图1-1 两种ZnO晶体结构

纤锌矿结构在三者中稳定性最高，因而最常见，其中氧原子层和锌原子层呈六方紧密排列；立方闪锌矿结构可由逐渐在表面生成氧化锌的方式获得，闪锌矿结构与金刚石类似，可以看成氧原子FCC排列，4个锌原子占据金刚石中晶胞内4个碳原子的位置。在两种晶体中，每个锌或氧原子都与相邻原子组成以其为中心的正四面体结构；八面体结构则曾在100亿帕斯卡的高压条件下被观察到[6]。在正常室温和压强下，晶体结构为六方纤锌矿结构，是直接带隙半导体材料，禁带宽度为3.37eV，自由激子束缚能为60meV。