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不同形貌纳米ZnO的制备、改性与光催化性能的研究
摘要：
随着环境问题的日益突出和光催化技术的不断发展，纳米ZnO作为一种重要的光催化材料备受研究者关注。本文综述了纳米ZnO的制备、表征以及改性方法，并详细讨论了纳米ZnO在有机污染物降解、水分解制氢、二氧化碳还原和光催化杀菌等方面的应用。同时，还对纳米ZnO未来在光催化领域中的应用前景进行了展望。
关键词：纳米ZnO；制备；改性；光催化性能；应用
1.简介
随着环境污染问题的不断加剧，光催化技术作为一种具有广泛应用前景的污染治理方法逐渐受到重视。而纳米ZnO作为一种重要的光催化材料，由于其在光催化反应中表现出的良好性能和良好的可控性，已经成为了研究的热点之一。通过制备不同形貌的纳米ZnO，并对其进行改性，可以有效地提高其光催化性能，进一步拓展其在环境污染治理中的应用。本文综述了纳米ZnO的制备、表征以及改性方法，并探讨了其在不同方面的光催化应用。
2.纳米ZnO的制备
目前，纳米ZnO的制备方法主要包括溶胶凝胶法、气相法、沉淀法、水文热法、水热合成法、微波法等多种方法。其中，水热合成法因其操作简单，产物纯度高，在制备纳米ZnO方面占有重要地位。
2.1水热法制备纳米ZnO
将适量的Zn（CH3COO）2·2H2O和NaOH溶液共混均匀，将混合物倒入旋转釜中进行水热反应。反应结束后，用去离子水进行多次洗涤和离心分离，最后干燥得到纳米ZnO产物。根据实验要求，可以通过改变反应条件和添加不同的表面活性剂、模板和添加剂等方式制备出具有不同形貌和尺寸分布的纳米ZnO。
2.2微波辅助法制备纳米ZnO
将适量的食盐溶于纯水中，加入氢氧化锌，混合均匀，置于微波反应设备中进行加热反应。反应结束后，用去离子水进行多次洗涤和离心分离，最后干燥得到纳米ZnO产物。与传统制备方法相比，微波辅助法制备纳米ZnO的时间更短、反应效率更高。
3.纳米ZnO的表征
纳米ZnO的形貌、大小和结构对其催化性能具有显著影响，因此对其表征显得尤为重要。目前，常用的纳米ZnO表征方法包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、BET表面积测试、紫外可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等。
4.纳米ZnO的改性
将纳米ZnO表面进行改性，可以进一步提高其催化活性和稳定性。目前，常用的纳米ZnO改性方法包括掺杂、载体负载、表面修饰等。
4.1掺杂
通过掺杂一定的非金属元素或者金属元素，可以有效地提高纳米ZnO的光催化性能。例如，使用氮、氟、硫等元素掺杂，可以增强纳米ZnO的吸光性，增强纳米ZnO的光催化效果。
4.2载体负载法
由于纳米ZnO的吸附性弱，表面活性强，容易发生团聚，因此采用载体负载法可以有效地保持纳米ZnO的稳定性。常见的载体材料包括二氧化硅、羟基磷灰石、氧化铝等。
4.3表面修饰
表面修饰是指通过表面活性剂等物质在纳米ZnO表面形成一定的包覆层，从而有效地防止其团聚现象，提高其光催化性能。常用的表面修饰剂包括十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、二月桂酸、硅烷等。
5.纳米ZnO的光催化应用
纳米ZnO具有较高的光催化活性，广泛应用于水污染治理、氢气制备、二氧化碳还原、光催化杀菌等领域。
5.1污染物降解
纳米ZnO通过吸收和利用可见光和紫外光进行电子迁移和电子复合，产生活性氧物种，使有机污染物分子断裂，从而实现其降解。在有机污染物降解方面，纳米ZnO已被广泛应用，如富马酸、偏酚、苯酚等。
5.2水分解制氢
水分解制氢是利用太阳能或其他可再生能源，在光催化剂的催化下，将水分解成氢气和氧气的过程。作为一种新型的绿色能源，水分解制氢技术已经受到广泛关注。纳米ZnO因其光催化性能良好，已被广泛应用于水分解制氢研究中。
5.3二氧化碳还原
二氧化碳还原是目前减少碳排放、减缓全球变暖的重要途径之一。在光照下，纳米ZnO可以诱导还原剂还原二氧化碳，并将其转化为有用的有机物，如甲酸、甲醛等。因此，在二氧化碳还原领域，纳米ZnO被认为是一种有效的光催化剂。
5.4光催化杀菌
光催化杀菌是一种绿色、无公害、无残留的杀灭微生物的方法。某些细菌和病毒通过光催化的方式被杀灭。纳米ZnO具有较强的杀菌效果，并且使用方便，不会产生环境和健康的问题，因此近年来在光催化杀菌领域取得了广泛的应用。
6.结论与展望
综上所述，纳米ZnO是一种具有广泛应用前景的光催化材料。通过制备不同形貌的纳米ZnO和进行表面改性，可以拓展其在环境污染治理、水分解制氢、二氧化碳还原和光催化杀菌等领域的应用。然而，目前的研究还存在一些局限性，例如充分探究其在光催化领域中的机理，研究其与其他光催化剂的协同效应等方面需要进一步研究。因此，未来需要借助先进技术手段和敏锐的思维，开展更为深入系统的研究，为纳米ZnO光催化应用的发展提供更多