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室内空气污染日益严重,极大地危害了人们的身体健康,光催化技术是目前最具潜力的室内空气净化技术之一,ZnO因价廉、无毒等特点成为光催化体系不可或缺的净化材料。因此,将ZnO光催化剂用作室内空气净化材料具有重要意义。本文根据室内空气净化材料结构与性能要求设计了用作室内空气净化光催化剂的组成,以乙酸锌和氢氧化钠为主要原料,采用微波水热法制备了ZnO、Nd-ZnO、Dy-ZnO、CdS-ZnO、CdS-Nd-ZnO、CdS-Dy-ZnO及CdS-Nd-Dy-ZnO等室内空气净化光催化剂样品,通过XRD、FE-SEM、SEM、UV-Vis、XPS以及亚甲基蓝和甲苯的降解实验对样品的结构和性能进行了表征。探讨了微波水热过程反应温度、微波时间及超声时间对ZnO粒径、形貌及性能等的影响并确定了最佳制备工艺及工艺参数,研究了稀土掺杂ZnO光催化剂及半导体复合光催化剂对室内空气净化的机理。采用微波水热法制备了六方柱状纤锌矿结构的ZnO,探讨了微波水热过程反应温度、微波时间及超声时间对ZnO粒径、形貌及性能等的影响规律,以亚甲基蓝和室内空气典型污染物类型甲苯为代表表征了光催化性能。研究结果表明:随着反应温度的升高,ZnO的粒径有减小的趋势;微波时间对产物粒度影响很小,但延长反应时间有利于ZnO的结晶;超声处理加速了传质过程,并且有利于晶粒的细化。制备工艺对ZnO光催化性能的影响主次关系为:反应温度>微波时间>超声时间,最优制备工艺及工艺参数为:反应温度160℃,微波时间60min,超声时间20min。在此反应条件下制备的A19样品光催化性能最优,在紫外光照射下4h亚甲基蓝的降解率为89.69%,在太阳光照射下4h亚甲基蓝的降解率为87.89%,在紫外光辐照下4h甲苯的降解率为83.60%。为进一步提高ZnO的光催化活性,采用稀土元素Nd掺杂ZnO,制备了Nd-ZnO光催化剂样品。以亚甲基蓝和室内空气典型污染物类型甲苯为代表测试了光催化性能,探讨了Nd-ZnO的光催化机理。研究结果表明:Nd-ZnO样品为纤锌矿结构,晶体为六方柱状。Nd的掺杂未改变ZnO晶体结构,但引起晶格畸变,使晶胞参数增大,促进了ZnO晶体的生长。Nd的掺杂引入了杂质能级,光吸收带边发生了红移,导致对光的利用率提高;并且引起晶格畸变,在晶格内形成的缺陷起电子捕获阱的作用,抑制了电子和空穴的复合。随着Nd掺杂量的增大,Nd-ZnO样品的光催化性能呈现先升高后降低的趋势。当nNd/nZn=0.20mol%（样品B4）时,样品的光催化活性最高,在紫外光照射下4h亚甲基蓝的降解率为91.01%,在太阳光照射下4h亚甲基蓝的降解率为89.10%,在紫外光辐照下4h甲苯的降解率为85.40%,表明Nd-ZnO光催化剂有望用于室内空气净化。为进一步提高ZnO的光催化性能,采用稀土元素Dy掺杂ZnO,制备了Dy-ZnO光催化剂样品。以亚甲基蓝和室内空气典型污染物类型甲苯为代表测试了光催化性能,探讨了Dy-ZnO的光催化机理。研究结果表明:Dy-ZnO样品为纤锌矿结构,晶体为六方柱状。Dy的掺杂未改变ZnO晶体结构,但引起晶格畸变,使晶格常数和晶胞体积增大,促进了ZnO晶体的生长。一方面,Dy的引入形成杂质能级,从而使ZnO的禁带宽度减小,吸收阈值增大,拓宽了样品的光吸收范围;另一方面,Dy的引入造成ZnO晶格畸变,在晶格内形成的缺陷起捕获电子的作用,稀土元素Dy的4f电子的转移促进了光生电子和空穴的分离。随着Dy掺杂量的增大,Dy-ZnO样品的光催化性能呈现先升高后降低的趋势。当nDy/nZn=0.40mol%（样品C4）时,样品的光催化活性最高,在紫外光照射下4h亚甲基蓝的降解率为91.13%,在太阳光照射下4h亚甲基蓝的降解率为89.47%,在紫外光辐照下4h甲苯的降解率为86.00%,表明Dy-ZnO光催化剂有望用于室内空气净化。为进一步提高ZnO的光催化活性,采用与CdS半导体复合的方法,制备了CdS-ZnO、CdS-Nd-ZnO、CdS-Dy-ZnO、CdS-Nd-Dy-ZnO光催化剂样品。以亚甲基蓝和室内空气典型污染物类型甲苯为代表测试了光催化性能,探讨了CdS-ZnO的光催化机理。研究结果表明:CdS-ZnO、CdS-Nd-ZnO、CdS-Dy-ZnO、CdS-Nd-Dy-ZnO样品中ZnO为六方纤锌矿结构,CdS为立方闪锌矿结构。CdS以絮状颗粒形式附着在ZnO晶体表面上,CdS与ZnO复合后促进了ZnO晶体的生长但过量的CdS不利于ZnO的结晶。复合半导体拓宽了体系光激发能量范围,且半导体能级差的存在促进了载流子的分离,减少了电子-空穴对的复合。随着CdS添加量的增大,复合材料的光催化活性均呈现先升高后降低的趋势。当nCdS/nZnO=0.30mol%时,复合半导体的光催化活性最高,对应的CdS-ZnO、CdS-Nd-ZnO、CdS-Dy-ZnO、CdS-Nd-Dy-ZnO样品分别为D3、E3、F3、G3,在紫外光照射下4h亚甲基蓝的降解率分别为90.38%、92.74%、92.90%、93.42%,在太阳光照射下4h亚甲基蓝的降解率分别为89.37%、90.17%、90.66%、91.61%,在紫外光辐照下4h甲苯的降解率分别为84.80%、86.60%、87.40%、89.40%。光催化剂CdS-Nd-Dy-ZnO样品G3(nCdS/nZnO=0.30mol%,nNd/nZn=0.20mol%,nDy/nZn=0.40mol%)光催化性能最优,可以用于室内空气净化。其光催化性能得到提高的原因是:一方面,稀土元素的掺杂引入了杂质能级,光吸收带边发生了红移,对光的利用率提高;并且引起晶格畸变,在晶格内形成缺陷,起到电子捕获阱的作用,抑制了载流子的复合。另一方面,复合半导体拓宽了体系光激发能量范围,且半导体能级差的存在促进了载流子的分离,减少了电子-空穴对的复合。