高活性纳米氧化锌的制备表征及光催化分解水制氢研究(3)
为了进一步提高ZnO的光催化能力，一些科学家研究通过负载贵金属等手段以提高ZnO的光催化能力。Kazuhiko Maeda 和 Kazunari Domen 通过负载Rh核-Cr2O3壳结构物质和纳米MnO颗粒到GaN:ZnO固溶体上，以大大提高原来无负载物的光催化活性。其中Rh核-Cr2O3壳结构物质和纳米MnO颗粒分别作为促进H2和O2生成的活性中心。这种方法称为Z-scheme。这种方法不仅能使催化剂在更宽的光谱范围内体现出催化效果，还可以让单一使用没有光催化活性的物质通过这种方法也具备光催化活性[14]。此外还有一种多物质体系用以光分解水的，但这种体系与之前提到的光催化有些许不同，它不是直接利用光激发生成的电子-空穴对分解水，而是将材料制成光电极，用光照产生的电能分解水。Hao Ming Chen等人利用纳米ZnO丝，配合InP纳米晶，制成了一个能够提供稳定的光电化学平台以光解水的系统。这个系统可以利用太阳光中可见光与紫外光部分产生光电流，电解水。据报导这个系统产生的光电流要比单一ZnO受同样光照产生的光电流大108%[15]。
Yongcai Qiu等人结合以上说的两种主要提高材料光解水的方法，即改变材料形态和负载其他物质，研究出了一种新的材料，提高了光生电流分解水的能力，以及太阳光的利用率。他们在二级支化甚至是更高介支化的纳米ZnO四分结构上沉积氮制成[17]的光电极从报导上看相比Hao Ming Chen等人的研制材料有更强的光电流。
除了以上说到的在常温下光解水的方法，还有其他方式利用太阳能分解水的，比如利用太阳能加热水至高温，配合适当的催化剂，分解水[17-19]。虽然这种方式所需的条件相对较剧烈，实际操作中危险性也更大，没有常温下反应温和、安全，但也不失为一种利用太阳能清洁制氢的方法。
1.3 提高纳米ZnO光催化活性的研究情况
由于ZnO的禁带宽较大，只在紫外光区域中有较强的吸收，这使得在用单纯的ZnO作光催化剂时，催化反应的光利用率很低。目前很多科学家都在通过研究努力提高ZnO光催化剂的光利用率，努力使得经过改良的ZnO在可见光区域里也有较好的吸收，进而提高ZnO的光催化性能。
目前较常用的改良ZnO光催化能力的方法有负载金属氧化物，负载贵金属和元素掺杂等。
Kazuhiko Maeda 和 Kazunari Domen先是制备出了GaN:ZnO固溶体，用这种材料，可以在可见光（λ>400nm）下催化分解水，生成氢气和氧气。[20]随后，他们又在这种材料上负载 Rh/Cr2O 3核壳结构颗粒和Mn3O4作为助催化剂使得GaN:ZnO固溶体的光催化分解水的活性进一步得到提高。[14]Yongcai Qiu等人利用将氮沉积到ZnO纳米四叉棒上，使得用这种材料制成的光电极在太阳光照射下能产生更大的光电流密度，同时它的光利用率也得到了大大的提升。[16]Mukesh Agrawal等人制备得到的ZnO-TiO2空心球，其在紫外光下的光催化分解有机染料的能力经过实验测试，相比单一的ZnO和TiO2都有很大提高。[21]Chao Xu等人制备得到了Cu2O/ZnO复合材料，他们通过测试与研究发现，这种材料在可见光400nm-610nm区域中有吸收，而且随着Cu2O在材料中的含量的升高，在该区域中光的反射越小。此外他们通过用该材料光催化分解甲基橙发现，这种材料的光催化性能比纯的ZnO提高了很多，个别Cu2O含量的样品的催化性能超过了纯Cu2O。[22]Gajendra Kumar Pradhan等人用Zn和Fe的硝酸盐作为金属源，尿素作为燃料采用溶液-爆炸法合成了锌-铁混合氧化物。这样合成的材料可在可见光（λ ≥ 400 nm）下光催化分解有机染料，也可光催化分解水生成氢气。在他们的报导中，他们还讨论了有不同的Zn/Fe比的材料的光催化性能，发现当Zn/Fe=1时，材料的光催化性能最好。[23]
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