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随着全球工业化进程速度加快,环境中的水污染问题也日益突出。半导体光催化剂在太阳光下可将水中有机污染物降解为矿物盐、二氧化碳和水。光催化技术被认为是解决水污染问题的有效手段之一。氧化锌(ZnO)属宽禁带直接带隙半导体,来源丰富、使用过程中自身不会造成二次污染,但宽带隙ZnO半导体材料存在只能吸收紫外光及光生载流子易复合等缺点,严重制约了 ZnO材料应用于光降解水体中污染物的研究。为解决上述问题,本论文将下缘含不同烷基链的两亲型间苯二酚杯[4]芳烃(简写为:ARCA)作为形貌导向剂、保护剂和光敏剂,通过常压回流成功制备了 ARCA-ZnO、HRCA-ZnO-Ag、HRCA-ZnO-ZnS-Ag、HRCA-ZnO-Au 和 PRCA-ZnO-Au-Ag 等微纳材料,并调控样品的形貌从微米花球到不完整花球、纳米片、针状,实现了ZnO-贵金属复合微纳材料尺寸和形貌的可控制备,拓宽了ZnO-贵金属复合微纳材料的光吸收范围,进而增加了光生载流子生成数量并提高了分离效率,为制备ZnO-贵金属光催化剂提供了新的思路和方向。主要研究内容和取得的结果如下:(1)根据文献方法合成了下缘含不同烷基链的ARCA(烷基链中碳原子个数为3、6和9,分别简写为PRCA、HRCA和NRCA),表征结果显示所合成黄色固体均为目标产物。所制备HRCA-ZnO和NRCA-ZnO显肉粉色,PRCA-ZnO为白色固体,这说明下缘连接长烷基链的两亲型HRCA和NRCA拓宽了 ZnO的光吸收范围。模拟太阳光下的光催化实验结果显示,HRCA-ZnO和NRCA-ZnO光催化性能强于PRCA-ZnO。根据实验结果推测两亲型HRCA和NRCA可作为形貌导向剂、保护剂诱导制备ZnO微纳材料,并展现类似染料的光敏化作用,且HRCA-ZnO的光催化活性略强于NRCA-ZnO。(2)为进一步提高HRCA-ZnO光催化性能,将AgNO3引入ZnO合成体系,制备了一系列HRCA-ZnO-Ag复合微纳材料。由于HRCA中的酚羟基具有较强还原能力,Ag+可被快速还原得到Ag单质先于ZnO的生成,银种子“诱导”Zn2+离子在其表面析出并生长,从而成功调控ZnO形貌从微米级花向纳米级片转变。HRCA-ZnO-Ag复合微纳材料进一步拓宽了ZnO光吸收范围、增加光生载流子生成数量并提高了分离效率。但因为粒子尺寸相对较小(～nm),疏水性的HRCA-ZnO-Ag纳米颗粒浮力较大,循环使用过程中不易离心分离其样品易产生损失。(3)如前所述,纳米级HRCA-ZnO-Ag因表面疏水,光催化循环反应时不易回收,希望合成大尺寸、易分离、光催化性能强的ZnO掺Ag复合材料。调控加样顺序,通过离子交换结合原位还原制备了由纳米片组装的HRCA-ZnO-ZnS-Ag微米花球,该产物有别于文献中同样使用离子交换但得到ZnO-ZnS-Ag2S产物,这归因于两亲型HRCA诱导样品形成并保护样品阻止其聚集生长;吸收和转换可见光能量;将进入样品表面的Ag+离子还原成为金属银。HRCA-ZnO-ZnS-Ag复合微纳材料循环使用过程中不仅展现出了很好的光催化活性而且易于从体系中自分离,循环使用前后样品的形貌、结构均未见明显变化。(4)HRCA-ZnO-ZnS-Ag复合微纳材料解决了光催化剂损失的问题,但其花球形貌稍紧密,花球中能够接受到太阳光照射的活性位点比例不高,材料利用率低,且HRCA包裹较为紧密,抑制光生载流子在催化剂表面反应生成活性物质。通过简单常压回流一步合成了 HRCA-ZnO-Au复合微纳材料,其间AuCl4-离子被两亲型HRCA中的酚羟基原位还原为Au单质,沉积于先行生成的ZnO片上,阻止了溶液中的Zn2+离子在此位置沉积生长,最后得到片状样品。低温煅烧HRCA-ZnO-Au复合微纳材料部分去除了表面的杯芳烃分子而“暴露”出ZnO-Au表面。ZnO-Au复合微纳材料中ZnO和贵金属Au纳米颗粒之间形成了良好的协同增效作用,其光催化活性得到显著提高。(5)两亲型HRCA是合成ZnO材料有效的形貌导向剂和保护剂,但其紧密包裹于材料表面可能会抑制光生载流子向环境迁移。PRCA诱导合成了亲水性ZnO材料;PRCA原位还原所得的少量Au纳米粒子调控ZnO形貌;Ag来源丰富,传输电子能力强。结合三者的优点,使用PRCA诱导原位还原HAuCl4调控制备了 ZnO-Au-Ag松散花状亲水复合材料,Au颗粒均匀分散于ZnO表面且粒子相对较小,Ag颗粒尺寸较大分布相对集中。模拟太阳光照射下,亲水性ZnO-Au-Ag松散结构的光催化性能显著提高,且具有很好的光催化循环稳定性。通过本文的研究,我们成功将ARCA引入了 ZnO合成体系,发挥了其形貌导向、保护和类光敏化作用。一系列ARCA诱导合成的ZnO掺贵金属Au、Ag复合微纳材料宽化了 ZnO的光吸收范围,增加了光生载流子生成数量,同时提高了光生载流子分离效率。今后的研究工作中,我们将合成新型两亲型杯[4]芳烃并探讨将其应用于调控合成比表面积更大的ZnO基复合微纳材料,进一步拓宽ZnO的光吸收范围,提高光生载流生成数量及分离效率。