摘要
光催化是一项十分具有潜力的绿色能源新技术，其中光催化剂在太阳能转化为清洁能源过程中起着关键的媒介作用。因此，光催化技术研究的重点是寻求高效稳定的光催化材料。金属氧化物半导体光催化材料具有廉价、易制备、光氧化以及还原能力强等优点而被广泛应用于光催化领域。而ZnO具有良好的激子束缚能以及形貌结构易调控的优势，且具有低毒性、低成本、高稳定性以及可回收性的优点，在众多半导体材料中脱颖而出。但是，由于氧化锌的光生电子-空穴复合率较高，限制了其在光催化领域的应用，亟需对其进行改性修饰。本论文主要是通过多羟基果糖修饰ZnO表面结构，在表面形成氧空位缺陷，拓展光吸收范围，增强光催化剂的氧化能力，可以实现高效的光催化降解高浓度有机污染物。并构建三维有序大孔结构的ZnO，减少光生载流子复合，增加催化剂表面反应位点，以及构建ZnO-ZnS复合异质结构，实现高活性的光催化分解水制氢。 首先，我们采用的是多羟基果糖作为模板，通过湿化学合成方法，先加入极少量的果糖（2×10?5gL?1），羟基表面修饰并合成ZnO单晶纳米片，在后期热处理过程中除掉果糖并形成富含表面氧空位的ZnO，获得更正的价带位置。果糖表面修饰后，重构了ZnO纳米片的表面结构，可以提供更多的表面反应位点，从而可在光催化过程中产生更强氧化能力的光生空穴，有效提高了其光催化活性。与未修饰的氧化锌相比，果糖修饰的氧空位ZnO单晶纳米片可以高效降解高浓度的苯酚和其它有机污染物，并且表现出光催化制氢的活性。 为了改善ZnO光催化制氢活性弱的问题，将引入具有更高光还原能力的ZnS，构建基于直接Z型载流子迁移机制的ZnS-ZnO异质结构。ZnS在空气中高温可热转化为ZnO，我们采用简单的热处理的方法将ZnS纳米颗粒表面部分氧化为ZnO，形成ZnS-ZnO异质结构。由于ZnO是由部分ZnS与氧气反应得到的，因此在二者半导体间能够形成较为稳定的融合界面，有利于光生电子-空穴能够在界面间快速迁移，提高载流子的传输率，通过Z型载流子迁移机制的构建，光生载流子的寿命也得到了明显提高，表现出更高的光催化制氢速率。 由于热转化的ZnS-ZnO异质结构有块状的团聚现象，反应液体不能完全与异质结构接触，不利于光催化制氢。为了提高光催化剂体相充分参与光催化反应的效率，提供更多表面反应位点，以及提升其光催化制氢活性，我们通过模板法构建三维有序大孔结构，采用聚甲基丙烯酸甲酯小球为模板合成了三维有序大孔（3DOM）ZnO。将3DOMZnO进行部分的硫化，构建了ZnO-ZnS三维有序大孔异质结构。有序大孔结构提升了异质结构体相内的传质，相较于无大孔结构的ZnO，3DOMZnO-ZnS异质结构表现出更高的光催化制氢性能。
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