综述：化学沉积薄膜中的形态学驱动光催化性能：综述

《Applied Nursing Research》：Morphology-driven photocatalytic performance in chemically deposited thin films: A comprehensive review

　　本文综述了薄膜形态对金属氧化物光催化性能的影响，探讨了化学沉积方法（如溶胶-凝胶、CBD等）的参数调控机制，分析了表面形貌与光催化效率的关联性，并展望了其在水污染治理中的应用潜力。

　　
近年来，随着全球工业化进程加速，水污染问题日益严峻。未经处理的工业废水与生活污水持续排放，导致水体中积累了包括有机染料、抗生素、重金属离子以及新兴的纳米塑料在内的多种污染物。这些污染物不仅严重破坏水生生态系统，更通过食物链富集威胁人类健康。传统水处理技术如吸附、膜过滤等存在处理效率低、成本高、可能产生二次污染等缺陷，而基于太阳能驱动的光催化技术因其绿色可持续的特性成为研究热点。

在众多光催化剂中，薄膜型金属氧化物材料因其独特的优势备受关注。相较于粉末催化剂，薄膜形态在结构设计、反应效率及规模化应用方面展现出显著潜力。通过精确调控薄膜的微观形貌，研究者能够优化光吸收效率、增强电荷分离能力并拓展活性位点分布。这种形态控制能力的提升，使得化学沉积法（如溶胶-凝胶、化学气相沉积、电沉积等）成为薄膜制备的主流技术，因其能够有效调控沉积速率、温度及溶液pH值等关键参数。

薄膜的形态特性直接决定了其光催化性能。纳米多孔结构不仅能大幅提升比表面积，增强污染物吸附与扩散，还能通过表面等离子体共振效应拓宽光吸收范围。以二氧化钛和氧化锌为代表的宽禁带半导体材料，通过控制晶粒尺寸（纳米至微米级）、孔隙率（20%-60%）及表面粗糙度（Ra值达5-10纳米），可实现光生载流子的高效利用。实验表明，具有分级多孔结构的薄膜比致密结构薄膜的污染物降解效率提升3-5倍，特别是在可见光区域（400-800纳米）的光响应强度提高40%以上。

在制备工艺方面，化学沉积法因其可控性强、设备简单、成本较低等优势占据主导地位。其中，溶液pH值的精确调控（通常控制在5-7区间）能有效控制金属离子水解形态，而沉积温度与速率的优化可防止晶粒过度生长。以喷雾热解法为例，通过调整前驱体溶液浓度（0.1-1.0M）、基底温度（150-300℃）和雾化压力（0.5-2.0MPa），可获得从纳米级颗粒到三维多孔结构的连续可调薄膜。特别值得关注的是，掺杂工艺（如掺入Fe3?、N元素或碳量子点）可突破传统半导体材料的带隙限制，使薄膜在近紫外-可见光区（<500纳米）的光催化活性提升60%以上。

实际应用中，薄膜光催化剂面临多重挑战。首先，大面积连续成膜的均匀性问题，导致薄膜孔隙率分布标准差超过15%。其次，长期运行过程中光腐蚀效应（活性组分损失率>5%/年）和电荷载体复合（复合效率>30%）会显著降低催化性能。此外，复杂污染物（如抗生素、微塑料）的吸附-解吸平衡难以通过单一形态调控实现优化。最新研究通过引入梯度结构（如纳米颗粒/介孔层复合结构）和异质界面设计（如金属氧化物/石墨烯异质结），使催化剂的循环稳定性提升至2000小时以上，且对复合污染物的降解效率达到98%。

未来发展方向集中在三方面：1）开发低温（<200℃）快速沉积技术，突破传统高温工艺限制；2）构建仿生分级结构（如树枝状/蜂窝状），通过形态优化将光生载流子寿命延长至微秒级；3）集成智能响应系统，使催化剂在pH、温度或污染物浓度变化时自动调整形貌。值得关注的是，基于机器学习的参数优化模型已将制备效率提升3倍，同时使薄膜的孔隙率调控精度达到±2%。这些突破有望推动光催化技术从实验室走向工业化应用，为解决全球水污染问题提供切实可行的技术路径。