在半导体光催化材料中，氧化锌基复合材料制备简单、成本低、光催化性能高、物理稳定性和生物相容性优异，在环境和生物医用材料领域显示出广阔的研究前景。因此，本文综述了高催化性能氧化锌基复合材料的制备和应用。

近年来研究人员对氧化锌的改性策略，包括非金属掺杂、金属掺杂、贵金属沉积、与半导体复合等表面改性方法。最后，讨论了氧化锌基复合材料未来在各个领域面临的挑战。本文有望为基于氧化锌基复合材料的高效光催化剂的设计和开发提供思路。

随着社会的发展和生活水平的提高，环境和公共卫生是人类关注的两大焦点。在环境方面，随着工业化的发展，对排放到天然水域或土壤中的污染物处理不当会破坏生态平衡，造成对环境的严重污染，随后有毒物质通过食物链积累，最终威胁人类健康。

同时，细菌感染的发病率和死亡率增加了公共卫生负担。近年来，细菌对抗生素的敏感性正在下降，感染已成为人类健康的主要“杀手”。因此，开发具有完美抗菌性能、预防耐药性和优良生物安全性的“抗生素替代品”也迫在眉睫。

近年来，具有小粒径、大比表面积和高表面能的纳米材料被认为是潜在的光催化剂，为环境和公共卫生中出现的紧迫问题提供新的解决方案。光催化被定义为一种绿色技术，它使用清洁和可再生的太阳能作为驱动力，在相对温和的条件下有效地驱动化学反应。

所报道的功能纳米材料具有金属氧化物、金属磷化物、金属硫化物、金属配合物和碳基复合材料等优点，已广泛应用于污染物检测、环境净化、抗菌材料和生物成像。不幸的是，这些光催化剂仍然需要克服一些缺点，如太阳光利用率低、化学稳定性差和光生载流子络合快。

半导体氧化锌具有优异的氧化能力、可调尺寸、高化学稳定性、低毒性和制备简单等优点，作为高效光催化剂显示出巨大的潜力，特别是在有机污染物降解、杀菌杀灭和电子元件应用方面。

然而，由于宽带隙和较大的激子结合能，氧化锌容易复合光生电子和孔洞，并且只能被紫外线激发，即对人体明显有害。同时，氧化锌对太阳光的光催化利用率仅占太阳光谱的4%-5%，影响光催化效率。

研究了掺杂了不同稀土元素的氧化锌的光催化性能，结果表明Yb掺杂的氧化锌表现出成为稳定高效光催化剂的潜力。近年来，其光催化性能在抗菌、抗癌和生物成像等生物医学应用中越来越受到关注。

为提高氧化锌的光催化效率，针对以下两个问题进行了多种研究：一是光捕获可见光较差的宽带隙，导致光催化光谱范围窄，表观速率常数小;其次，光生载流子的快速复合速率降低了活性氧的产率。

通过掺杂、贵金属沉积或与窄带隙材料复合对氧化锌进行改性，拓宽了光响应范围，提高了电荷分离效率，并增加了活性氧的产生，具有优异的光催化性能。除了单元素掺杂外，该研究还报告说，掺杂两种或多种元素的半导体可以弥补其他元素的不足，以显示更好的光催化活性。

更重要的是，研究人员已经开展了大量工作，通过与稀土离子共掺杂来改变氧化锌的物理化学性质。导致氧化锌带隙能量收缩，将其从紫外光吸收转变为可见光吸收，提高了纯氧化锌的发光和抗菌性能。

共掺杂可以改变氧化锌的晶体结构，晶格常数随着离子浓度的增加而增大。并且提出光催化活性的差异可能取决于掺杂元素的性质及其在复合材料中的浓度，当掺杂剂浓度过高时复合中心在到达纳米光催化剂表面之前影响了载流子复合。

基于上述研究成果，随着研究人员不断开发修饰氧化锌的新方法，其宽能带隙、快速载流子络合和低可见光利用率的缺陷得到了改善。在本节中，我们介绍了过去几年改性氧化锌在生物医学，环境和其他领域的应用。

锌是生物体正常生长、发育和生理功能所必需的微量金属。氧化锌因其良好的生物相容性和安全性，已成为美国食品药品监督管理局批准的安全药物之一。由于氧化锌的宽带隙较宽，只能被有害且组织穿透性差的紫外线激发。

不利于深部疾病的治疗和监测，从而限制了其在生物医学领域的应用。因此，许多研究人员对氧化锌进行了修改，以探索其在抗菌，抗癌，生物成像，药物递送等方面的潜在应用。长期以来，细菌感染引起的疾病一直严重威胁着人类健康。

氧化锌纳米材料因其对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的广谱抗菌特性以及在抗菌领域的出色生物相容性而被广泛研究。关于氧化锌的抗菌机制仍存在一些争议，公众接受的要点如下：光催化生成活性氧，活性氧是氧的单电子还原产物。

氧化锌 NPs在紫外照明下产生更多的活性氧并表现出更多的抗菌活性，其原因主要归因于氧化锌纳米粒子内部的电子跃迁可以产生光生，通过氧化还原反应进一步产生活性氧。事实上，由于带负电荷而不能穿透细菌细胞膜，而过氧离子容易穿透细胞膜，诱发细胞死亡。

首先协助打破细菌的外部“保护壳”——细胞膜的磷脂双层，它进入细菌内部并与内部生物分子发生反应，破坏细菌的结构，从而导致它们的死亡。令人鼓舞的是，改性氧化锌复合材料在可见光激发下可以产生活性氧，对人体没有明显危害。

然而，随着糖酵解反应在细胞质中发生，此时产生的活性氧将打开通道。穿过细菌的细胞膜，并可能使其内部蛋白质变性并破坏增殖。锌也会破坏电子传输，从而破坏细胞呼吸。不容忽视的是，尽管具有协同杀菌作用，但也会导致对正常细胞的毒性增加。

这种现象可以通过阻断细胞膜中存在的通道来改变细胞膜的静息电位并诱导细胞膜的去极化，从而导致磷脂双层完整性的丧失以及脂多糖等细胞内成分从细胞中泄漏，最终导致细胞死亡。

有趣的是，研究人员发现，细胞膜完整性的丧失是氧化锌对大肠杆菌具有抗菌作用的主要原因。氧化锌的表面积越大，表面氧的浓度越高，颗粒越小，抗菌活性越大，从而为“非物”治疗打开了大门。

世界上需要解决的环境污染主要包括水污染、空气污染和土壤污染。光催化材料受到广泛关注，因为它们为全球能源短缺和环境退化提供了潜在的短缺。氧化锌作为典型的光催化剂，在光作用下能产生电荷，产生氧化自由基，分解水有机物。

作为处理环境的开创性材料，氧化锌克服了光生电子和空穴快速复合速率阻碍降解效率的固有缺陷，提高了其在可见光下降解污染物的效率。通过在贵金属沉积方法中使用原子层沉积将纳米颗粒沉积到氧化锌上。

干扰空穴和电子配合物的产生。以延长氧化锌产生的载流子的寿命，以提高光催化性能。高光催化活性导致产生大量的活性氧，引起高氧化应激，可以氧化有机污染物并杀死水中存在的有害微生物。

该平台能够高效、经济、准确地检测水和土壤中的低浓度尿素，避免尿素污染引起的疾病。总之，氧化锌在对抗环境污染方面显示出巨大的潜力。除了在上述领域的应用外，由于其固有的优良光催化性能，氧化锌还用于太阳能电池、晶体管、发光器件、涂料等应用。

有效地阻碍了h/e复合物并增加了参与光化学反应的电荷载流子的数量，并且它们吸收光的能力从紫外延伸到可见光范围。为解决温室气体的新战略做出了贡献。在土壤污染领域，氧化锌主要用于通过降解土壤中的有机污染物来检测尿素。

受体染料作为薄夹层来抑制由氧化锌的光催化活性诱导的非富勒烯受体的降解反应，从而做了一个有趣的工作。硼双吡啶基夹层抑制了非富勒烯受体与氧化锌的直接接触，从而防止前者在紫外光照射下被氧化锌分解，从而提高了器件的光稳定性。

氧化锌薄膜的表面功函数和表面能降低，从而提高了电池的功率转换效率，富勒烯基和非富勒烯基电池的功率转换效率分别达到9.86%和11.80%。近年来，耐刮擦剂、紫外线吸收剂、颜料和空气净化器以及杀菌剂已被描述为涂料成分的四个主要需求。

一般来说，锋利纳米材料引起的物理损伤，纳米材料在细菌细胞壁上的粘附和金属离子的释放来实现的。然而，高可溶性氧化锌纳米材料可能会释放出有毒的Zn2+浓度高于 0.2 μg mL 时−1，从而威胁人们的健康，这是目前涂料中氧化锌面临的挑战。

综上所述，本文重点介绍了氧化锌作为光催化剂的优势，并讨论了具有高效光催化性能的氧化锌的构建。通过掺杂、贵金属沉积和窄带隙半导体耦合等策略，改变电子转移途径以提供更多活性位点，以最大限度地提高光生电子-空穴分离和最佳光利用率。

基于其优异的光催化性能，在降解有机污染物方面具有突出的性能。同时，其优异的生物相容性在生物医学领域具有潜在的应用前景，并显示出巨大的发展潜力。然而，不容忽视的是，氧化锌在光照条件下产生的活性氧也有两面性。

适量的活性氧使氧化锌成为一种强大的杀菌剂，但过量的活性氧会损害正常细胞并引起炎症反应，这需要解决。虽然在提高氧化锌的光催化性能方面已经做了大量的研究工作，但仍需要不断探索氧化锌合成方法的改进和性能增强的策略。

此外，提高太阳光利用率仍然是构建高效氧化锌基光催化剂的重点，以拓宽未来工作的应用范围。对于氧化锌光动力疗法在生物材料领域的广泛应用，必须认识到激发光源应具有组织渗透的特性对人体无害，以满足精准医疗的需求，完善智能医疗系统。

我们也坚信，随着氧化锌的不断探索和改进，光响应氧化锌将以更低的成本、更好的生物安全性、更简单的制备和更准确的光催化性能，拓宽其在环境和公共卫生等更多领域的应用。

《铌氮共掺杂的氧化锌基光催化材料及其制备方法》李勃 ， 高爽

《ZnO基光催化材料的制备及光电性质的研究》赵菲 - 吉林大学

《基光催化材料的设计、制备与性能研究》佘宗宝 - 中国科学院大学