氧化锌(ZnO)是一种直接带隙半导体材料,拥有各种优异的物理和化学性能,在印染、催化剂、抗菌材料、光伏材料等诸多领域都有广泛的应用。就光催化性能而言,不同的应用,需求往往不同。例如:环保领域,需要提高ZnO的光催化性能,有效降解污染物;抗菌织物领域,在满足其抗菌性的前提下,要尽可能地抑制ZnO的光降解性能,从而保证织物的色牢度。本文以半导体异质结理论和晶体缺陷理论为指导,对ZnO的光催化性能进行正反两方面的调控,使其满足不同的应用场景。主要研究内容和结果如下所示:(一)在降解污染物领域,为提高ZnO的光催化性能,借助于半导体复合形成异质结的思路,采用一步法制备绣球花状的纳米Ag Br/ZnO复合材料,并通过分析仪器对样品的结构、形貌、性能等方面表征,进一步对异质结形成机制加以探讨。得出以下结论:(1)在样品合成过程中,由于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分散作用,Ag Br胶粒先形成亚稳态结构,当ZnO小颗粒出现时,就打破了这种状态,使纳米Ag Br颗粒沉积到ZnO上,而由于PVP的位阻效应,Ag Br虽然先生成,但不是核,反而复合在ZnO外部,在三乙醇胺的作用下,样品逐渐形成绣球花状的形貌。(2)绣球花状的结构使其表面以及内部出现许多空隙,测得其比表面积确实比一般ZnO要高3倍多,而且复合后样品吸收光谱的范围高于纯ZnO,光致发光的强度也有了显著降低,当Ag Br的复合量为30%时,光催化效果达到最高。(二)当ZnO作为抗菌剂应用在纺织品上时,需要增强织物的色牢度,就要抑制ZnO的光降解效果,所以本部分以晶体缺陷理论为指导,用沉淀法合成Mg、F共掺杂的ZnO,并对其光催化性能进行了探究,为了得知其中Mg和F各自产生的作用,又分别制备了Mg掺杂的ZnO和F掺杂的ZnO,并对这些样品的结构、缺陷和性能等方面展开了讨论,得出以下结论:(1)Mg、F共掺杂的纳米ZnO颗粒粒径大约在100 nm左右,而且颗粒都呈现出规则的六边形状,F占据ZnO中O的格点,Mg占据Zn的位置,F和Mg的主要形成状态是F-Mg、F-Zn、Mg-O等。引入Mg、F会降低氧化锌的催化效果,当掺杂量达到4%时,效果最差。(2)单独掺杂Mg可以改善氧化锌的光降解效果,当掺杂量达到3%时,效果最佳。一方面这是因为Mg的掺杂将导带的底部移向更高的能带,使得导带上的e-拥有更优秀的还原性能,另一方面,掺杂后的纳米ZnO样品表面氧缺陷浓度明显比纯ZnO的大,这些氧空位可以捕获光生电子,促进光生电子-空穴对的有效分离。(3)单独掺杂F可以削弱氧化锌的光降解效果,当掺杂量达到4%时,样品的降解率最低。一方面这是因为F的引入使得氧空位减少,另一方面则是F的钝化作用在一定程度上破坏了Os2-/Os-表面态的组成,抑制了h+向样品表面转移。所以在Mg、F共掺杂的纳米ZnO中,对ZnO光催化性能起主导性影响的是F元素。本文为ZnO在工程实践应用中的性能调控提供了可行性研究。