文献综述：基于纤维素改善Cu-ZnO光催化还原二氧化碳性能
摘要：化石燃料的大量使用，以及燃烧化石燃料所释放的大量二氧化碳（CO2），引起越来越严重的环境污染、气候变暖、能源危机等问题。通过光催化将CO2转化为有机燃料，将是解决环境污染、气候变暖、能源危机等问题的最理想方式之一。氧化锌（ZnO）因其无毒无害价格低廉的优势在光催化领域具有非常广泛的用途。本文综述了提高ZnO光催化效率的常用方法如在ZnO中掺杂金属离子、沉淀贵金属、用载体分散纳米颗粒等。其中铜单质价格低廉无毒无害，改性氧化锌优势显著，以绿色可再生的纤维素作为载体，分散固定住光催化剂纳米颗粒可以进一步提高Cu-ZnO对太阳光的利用效率，提高其将二氧化碳转化为清洁能源的性能。
关键词：氧化锌，金属铜，光催化，转化CO2
如今全球化的发展如日中天，在生态建设与经济发展齐头并进的时候，生态环境保护显得尤为重要。二氧化碳的排放量剧增导致全球气候变暖，使珠穆朗玛峰所在的喜马拉雅地区冰川正面临急剧缩小的危险。如何降低二氧化碳在大气中的含量是当今刻不容缓要解决的问题和很热门的课题。光催化技术作为一种高效绿色的新型环境治理手段应运而生，利用光催化技术将二氧化碳转化为能源物资继续利用就能很好的解决这个问题。
目前，以TiO2为代表的半导体光催化剂研究最为成熟，它可以有效的利用太阳光（紫外线）降解绝大多数有机污染物、细菌和部分无机物，降解最终产物为H2O、CO2和无害的盐类，产物清洁，能达到净化环境的目的。除了TiO2及其改性材料，其他的光催化材料，如：氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等的研究也取得了很大进展。氧化锌的光催化效果和常用的二氧化钛一样都具有较好的应用，由于氧化锌可以吸收更大范围的波长，在降解某些有机燃料中有更好的效果，同时氧化锌的生产成本低于二氧化钛[1]，无毒无害，所以本课题将采用氧化锌光催化还原二氧化碳，将ZnO负载在纤维上，改善氧化锌纳米颗粒的分散性和稳定性，提高氧化锌的光催化性能，还提升了氧化锌的化学稳定性。
作为光催化剂,氧化锌的光催化活性与形貌、晶体结构等因素有直接联系。史冬冬[2]通过甲基橙的光降解实验得知四种材料的光催化活性从高到低依次是:链状氧化锌gt;花状氧化锌gt;板状氧化锌gt;六方形片状氧化锌。虽然氧化锌具有性能稳定、量子产率高等优点，但是目前仍面临几个严峻的问题：一是光生电子与光生空穴容易复合，极大地降低了光催化活性；二是ZnO的禁带宽度较宽（约为3.2ev）,只能吸收波长较短地紫外光，从而导致ZnO的光催化使用条件受限；三是难以将他们与处理过的溶液分离，以至于工艺成本增加[3]。由于ZnO只能利用太阳光中的紫外部分, 而紫外光仅占自然光的4%, 并且ZnO催化剂的光生电子-空穴对重组几率大, 导致ZnO的光催化活性并不能达到预期的效果[3]。因此需要拓宽催化剂的光响应范围,就要提高光生电子-空穴对的分离效率并阻碍其重组。目前，国内外的研究者们主要通过过渡金属离子掺杂、贵金属复合、半导体复合三种方式来提高氧化锌的光催化活性。
- 过渡金属离子掺杂
过渡金属离子掺杂可在氧化锌晶格中引入缺陷位置或改变结晶度，从而抑制光生电子与空穴的复合[4]。目前，国内外的研究者们主要研究了Fe3 、Mn2 、Cu2 、Ni2 、Co2 等过渡金属离子掺杂对氧化锌催化活性的影响。
BA-ABBAD[5]等通过溶胶凝胶法制备了不同浓度的Fe3 掺杂ZnO。实验结果表明掺杂Fe3 后的氧化锌对400～600nm的可见光区域的吸收能力变强，通过实验得到，当掺杂的Fe3 浓度达到0.5wt%时，氧化锌的光催化效率最高，对2-氯苯酚的降解率达到了80%以上。
ULLAH[6]等采用湿化学沉淀法制备Mn2 掺杂ZnO。用掺杂Mn2 的ZnO做光催化实验，在自然光照射下，掺杂Mn2 的ZnO降解50%的亚甲基蓝只用了5min,而纯ZnO降解50%的亚甲基蓝却用了20min。如此高的降解速率是由于掺杂Mn2 引入了缺陷位置，从而导致增强了对可见光区域的吸收。
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