紫外光驱动ZnO/CuOx薄膜在玻璃与ITO基底上的高效光催化降解阿昔汀研究

针对药物污染水体治理难题，研究人员通过溶胶-凝胶法在玻璃/ITO基底制备ZnO及紫外光诱导CuOx修饰薄膜，首次实现阿昔汀(C20H22N4O10S)在蒸馏水与自来水中高效降解。CuOx/ZnO/ITO体系因超氧自由基(O2•–)生成与ITO电子捕获效应展现最佳活性，三循环后仍保持稳定性，为医药废水处理提供新策略。

　　

论文解读

随着药物和染料污染成为全球水环境治理的严峻挑战，传统水处理技术如电解法、吸附法等存在二次污染风险。光催化技术因其绿色高效特性备受关注，但半导体材料普遍存在光生载流子复合率高、可见光利用率低等瓶颈。氧化锌(ZnO)虽具有3.37 eV宽禁带和低成本优势，但其纯相催化效率受限。如何通过材料改性提升ZnO性能，成为突破水质净化技术的关键。

为此，保加利亚国家科学基金资助的研究团队在《Catalysis Today》发表创新成果。研究人员采用溶胶-凝胶浸渍法在玻璃和氧化铟锡(ITO)基底上制备ZnO薄膜，首次通过紫外光诱导光沉积实现CuOx表面修饰。通过X射线衍射(XRD)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术表征材料特性，以抗生素阿昔汀为模型污染物，系统评估不同基底薄膜在紫外光下的降解效能及循环稳定性。

结构表征揭示关键机制
XRD分析证实所有ZnO薄膜均呈现六方纤锌矿结构，CuOx修饰未改变晶相但引起晶格畸变。ITO基底样品显示更强的(002)晶面择优取向，表明基底导电性影响薄膜结晶行为。紫外漫反射光谱显示CuOx/ZnO薄膜吸收边红移，证实铜物种在ZnO禁带中形成受主能级，拓宽了可见光响应范围。

基底效应与协同催化
降解实验表明，CuOx/ZnO/ITO体系在120分钟内对阿昔汀的去除率达92%，较玻璃基底样品提升37%。这种增强归因于ITO的高功函数有效捕获光生电子，而CuOx作为电子陷阱抑制e^--h⁺复合。电子顺磁共振(EPR)检测到超氧自由基(O₂^•–)信号，证实铜物种促进氧分子活化形成强氧化性活性物种。

实际应用潜力验证
在自来水基质中，CuOx/ZnO/ITO仍保持85%的降解率，证明其抗复杂水质干扰能力。三次循环实验后所有薄膜活性衰减<8%，扫描电镜(SEM)显示表面形貌保持完整，表明光沉积法构建的界面化学键合具有优异稳定性。

该研究创新性地将光沉积技术与溶胶-凝胶工艺结合，阐明了基底导电性-界面电荷传输-自由基生成的协同作用机制。CuOx/ZnO/ITO体系不仅为医药废水处理提供可规模化应用的薄膜催化剂，其光固定化修饰策略更为半导体材料表面工程开辟新路径。研究结果对发展绿色水处理技术具有重要指导价值，尤其适用于含抗生素等难降解有机物的深度净化。