近年来,随着工业的迅猛发展,各类工业废水、废气、废弃物等急剧增加,水污染问题成为全球性问题之一。水污染的治理因此受到更多科研工作者的关注。ZnO作为一种直接带隙宽禁带半导体材料,具有较高的电化学稳定性和热稳定性,能很好的吸收紫外光,在光激发下可有效地降解有机污染物,被广泛地应用于光催化领域。但ZnO光催化剂普遍存在着比表面积较小、载流子复合率高等自身缺点,限制了其光催化反应过程中的降解效率。另外,ZnO粉体光催化剂在回收利用过程中不仅操作繁琐复杂,难以简便将光催化剂从水溶液中分离出来,而且残留在水溶液中的光催化剂会对环境造成二次污染。本论文主要研究了两种具有不同形貌特征的ZnO光催化剂—ZnO空心球薄膜和Na掺杂ZnO纳米线,探讨了提高其光催化活性的可能性。借助多种材料表征手段,分析了材料的形貌、结构和光学性能。对比研究了各种光催化剂降解甲基橙水溶液的光催化性能,并探讨了光催化反应的机理。主要研究内容如下:(1)以浸渍-提拉法制备的单分散六方密排PS微球为模板,利用磁控溅射法沉积ZnO薄膜,结合煅烧去除模板,制备了不同粒径大小的ZnO空心球薄膜。根据SEM和TEM的结果分析,证明了ZnO纳米球的空心结构成功构筑。样品在紫外光波段均有较强的吸收峰,对空心球内部的光路研究发现,这种空心球结构的ZnO薄膜不仅具有高的比表面积,而且能在球体的空心内部形成光陷阱,有效地提高了光的利用率。在各粒径ZnO空心球薄膜与ZnO薄膜降解甲基橙水溶液的对比实验中,空心球的光催化效率普遍较高,且400 nm ZnO空心球薄膜的光催化效率最高。(2)在ZnO空心球薄膜的基础上,经过溅射沉积Au纳米颗粒构筑了Au/ZnO空心球复合薄膜。在紫外光照射下,对比分析了各粒径大小的ZnO空心球薄膜和Au/ZnO空心球复合薄膜降解甲基橙水溶液的光催化性能。Au纳米颗粒的沉积明显提高了ZnO空心球薄膜的光催化速率。这是由于Au/ZnO异质结界面处产生的肖特基势垒导致ZnO导带上的光生电子优先迁移至Au纳米颗粒表面,从而抑制了电子-空穴对的复合,能够进一步提高空心球的光催化活性。除此之外,捕获剂实验证明了光催化降解MO过程中的主要活性物质为·OH和·O2-。(3)以Au纳米颗粒为催化剂,采用CVD法制备了ZnO纳米线,通过在甲基橙水溶液中加入适量的冰醋酸或氨水来调节反应的pH值,研究了pH值对光催化性能的影响,结果表明pH=2.7时样品的光催化效率最高。(4)通过在锌源材料中加入一定量的焦磷酸钠,制备了Na掺杂的ZnO纳米线,对比分析未掺杂和Na掺杂的ZnO纳米线降解甲基橙水溶液的光催化性能,发现Na掺杂ZnO纳米线的光催化性能得到了提升。通过捕获剂实验验证了未掺杂和Na掺杂的ZnO纳米线光催化过程中的活性物质及其光催化机理。研究发现在光催化反应过程中未掺杂ZnO纳米线的主要活性物质是·OH,Na掺杂ZnO纳米线的主要活性物质是·OH和·O2-。Na掺杂的ZnO纳米线降解MO光催化反应过程中表面氧空位能有效抑制电子-空穴对的复合,从而提高光催化效率。而且,固化于衬底上的光催化剂材料有利于光催化剂的回收再利用。