当今社会的高速发展带来了化石能源短缺和环境污染污染等一系列重大问题。太阳能在绿色且可再生能源中占据重要地位,而半导体光催化技术因其具有能够直接将太阳能转变为化学能,且反应条件温和等优点,因此在针对化石能源有限性和环境污染问题多样性方面极具应用前景。NOx作为造成雾霾、酸雨和光化学烟雾等污染的主要物质之一,大量研究致力于利用光催化技术去除环境中的低浓度NOx。然而,光催化剂在太阳能的利用率、NOx的去除效率和反应机理等方面都存在不足,在一定程度上制约了其实际应用。因此,考虑到ZnO光催化剂具有成本低、物理化学性质优异等优点,使其在众多领域得到了广泛的应用。而ZnO在光催化NO净化方面,就新型异质复合材料、光能利用率和表面反应热动力学这三个关键科学问题上仍值得进一步探索。本硕士论文旨在通过构建ZnO基异质结构的策略提升ZnO光催化剂对NO去除的本征活性,阐明异质结与性能提升的内在联系,结合原位表征技术和理论计算探究NO净化的反应机理。具体的研究内容和结论如下:通过水热法和变温控制煅烧,实现了从绝缘体到半导体-绝缘体再到半导体的转变过程,并通过结构、成分和化学态等表征分析证实了ZnO@Zn CO3异质结的形成。在紫外光激发下,ZnO@Zn CO3异质结展示出比单一ZnO更优的NO去除效率。分析表明Zn CO3能够通过异质界面接收来自ZnO转移的光生电子,从而促进复合物中载流子的分离与迁移,有利于生成反应活性物质参与NO去除过程。另外,利用原位红外光谱技术探究了发生在光催化剂表面的NO氧化过程,并揭示了其反应机理。采用水浴法结合煅烧处理,得到了负载不同含量CdS纳米颗粒的ZnO微球。通过形貌、结构和成分等表征测试分析了异质结的相关物理化学性质,并采用实验和计算模拟的方法证实了直接Z型异质结构。可见光下异质结对NO脱除性能的提升源自于:1、负载窄带隙的CdS使得ZnO的吸收带边红移,将复合物的光吸收能力拓展至可见光区域;2、异质结中载流子通过Z型异质结构进行有效地分离与迁移,所保留的最高氧化还原电势有利于反应的高效发生。此外,运用原位红外光谱技术揭示了光催化NO氧化的反应路径。利用两步水热法,得到了不同硫化程度的ZnO@ZnS异质结构,并利用表征测试证实了ZnO的成功硫化。可见光下NO的去除活性远高于纯ZnO和ZnS,通过分析异质结的光谱和计算模拟结果,性能的提升得益于异质结中有效的载流子分离和迁移,延长了其寿命,从而促进了反应活性氧物种的生成。除此之外,异质界面还能够活化反应分子形成中间产物,有利于后续反应的发生,进一步提高光催化反应的效率。并且,通过原位红外光谱监测NO的氧化过程,提出了光催化反应的机理。