صنعتی شدن سریع و توسعه اقتصادی باعث افزایش بهره وری، شهرنشینی و کیفیت زندگی شده است. با این حال، تخلیه کنترل نشده آلاینده‌ها از صنایع مختلف، پیامدهای منفی برای زیست کره ایجاد کرده است. پساب‌های صنعتی حاوی آلاینده‌های خطرناکی هستند که محیط را آلوده می‌کنند و باعث ایجاد مشکلات اجتماعی و اقتصادی می‌شوند، بنابراین نیاز به استفاده از روش‌های موثر پاکسازی و حذف ترکیبات زیانبار مانند فوتوکاتالیست را دارند. پرکاربردترین فوتوکاتالیست‌های نیمه هادی، اکسیدهای فلزی مانند اکسید روی، اکسید آهن، اکسید تیتانیم، دی اکسید قلع، اکسید زیرکونیم، دی اکسید نیکل، تری اکسید تنگستن، اکسید سریم و اکسید وانادیم هستند که به دلیل ماهیت حذف آلاینده‌ها موثر هستند. فوتوکاتالیست‌های نیمه هادی بر پایه اکسید ترجیح داده می‌شوند، زیرا دارای ویژگی‌های فوق العاده با مزایای قابل توجه زیادی هستند. آنها خواص قابل تنظیم اندازه، سطح ویژه بزرگ، طیف جذب گسترده با ضرایب جذب بالا، شکاف باند نوری مناسب و قدرت اکسید کنندگی قوی را نشان می‌دهند. آنها همچنین می‌توانند فرآیند انتقال الکترون چندگانه را بدون از دست دادن قابل توجه فعالیت‌های فوتوکاتالیستی، پایدار، مقرون به صرفه، و در دما و فشار محیط عملکردی داشته باشند. علاوه بر این، نیمه هادی‌های اکسید فلزی پتانسیل زیادی در کاربردهای مختلف مانند زیست پزشکی، سلول‌های خورشیدی، آشکارسازها، تضعیف کننده‌های تشعشع، الکترونیک نوری، تبدیل انرژی و حسگرها دارند. آنها همچنین به شدت برای شکافت آب برای تولید هیدروژن، کاهش دی اکسید کربن، کنترل بو، و همچنین غیرفعال کردن دیواره سلولی باکتری‌ها و سلول‌های سرطانی استفاده می‌شوند.

اکسید روی

در میان این فوتوکاتالیست‌های نیمه هادی، اکسید روی (ZnO) به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. در سال‌های اخیر، اکسید روی، کاربردهای گسترده‌ای از جمله الکترونیک، لوازم آرایشی، پیزوالکتریک، حسگرها، دارویی و مواد فوتوکاتالیستی را نشان داده است. فراوانی، پایداری بالا، تحرک حامل بار بالا، انتقال حرارتی و خواص الکتریکی خوب، واکنش پذیری بالا، و مساحت سطح بزرگ اکسید روی، آن را به یک نامزد امیدوارکننده برای حل مشکلات زیست محیطی به ویژه تصفیه آب تبدیل می‌کند. همچنین، اکسید روی به دلیل داشتن خواص نوری، الکترونیکی، کاتالیزوری، فتوشیمیایی، ضد رسوب، ضد باکتریایی و بیولوژیکی چشمگیر شناخته شده است. اکسید روی بازده جذب بالاتری را در بخش وسیعی از طیف خورشیدی نشان می‌دهد به همین دلیل هزینه تولید اکسید روی حدود 75 درصد کمتر از نانوذرات اکسید آلومینیم و اکسید تیتانیم است.

در سال‌های اخیر، اکسید روی به عنوان یک رقیب قوی در مقابل اکسید تیتانیم در تصفیه پساب معرفی شده است. اکسید روی دارای تحرک الکترون بالاتری نسبت به اکسید تیتانیم است. علاوه بر این، اکسید روی از نظر سنتز و مورفولوژی بسیار متنوع‌تر از اکسید تیتانیم است. همچنین، در مقایسه با اکسید تیتانیم، اکسید روی یک جایگزین ارجح است زیرا نقص‌های نقطه‌ای بیشتری از جاهای خالی اکسیژن دارد، یون‌های هیدروکسیل بیشتری تولید می‌کند و نرخ پاسخ سریع‌تری دارد. ماهیت آمفوتر بودن اکسید روی همچنین آن را به یک فوتوکاتالیست امیدوارکننده برای حذف آلاینده‌ها در پساب تبدیل کرده است.

 اکسید روی یک ترکیب معدنی است که به طور طبیعی به عنوان ماده معدنی کمیاب روی وجود دارد. ورتزیت رایج ترین ساختار اکسید روی است و بیشترین پایداری ترمودینامیکی در فشار و دمای محیط را در بین همه ساختارهای اکسید روی نشان می‌دهد. بنابراین، اکسید روی تمایل بیشتری به کریستالی شدن به شکل ورتزیت دارد، در نتیجه تقریبا تمام مطالعات فوتوکاتالیستی بر روی خواص فوتوکاتالیستی این ساختار متمرکز شده‌ است. مکانیزم فوتوکاتالیست اکسید روی شامل زنجیره‌ای از فرآیندها است که می توان آن را با پنج مرحله ساده توضیح داد: 1) انتقال آلاینده‌ها از فاز آبی به سطح اکسید روی، 2) جذب آلاینده‌ها بر روی سطح اکسید روی. 3) واکنش‌های اکسیداسیون و احیا در فاز جذب شده. 4) دفع محصولات. 5) حذف محصولات از ناحیه اتصال.

اکسید روی قادر به تولید گونه‌های اکسیژن فعال است که به نوبه خود کارایی فوتوکاتالیستی را افزایش می‌دهد. به دلیل حساسیت به نور بالا و هزینه نسبتا کم، اکسید روی به عنوان یک فوتوکاتالیست مناسب برای حذف آلاینده‌های مختلف در آب در نظر گرفته می‌شود. علاوه بر این، فوتوکاتالیست اکسید روی را می‌توان بر روی پایه‌های مختلف تثبیت کرد و برای تصفیه آب در مقیاس بزرگ استفاده کرد. بنابراین، دانشمندان فتوکاتالیست‌های هیبریدی اکسید روی را با راندمان بهتری برای تخریب آلاینده‌ها در آب ساختند. تثبیت اکسید روی بر روی مواد جدید، فرصت‌های جدیدی را برای سنتز و توسعه نسل جدیدی از فوتوکاتالیست‌‎ها باز کرده است.

استفاده از پلیمر طبیعی زیست تخریب پذیر به عنوان یک الگوی زیستی برای جایگزینی پلیمرهای مصنوعی برای ساخت نانومواد اکسید روی باعث افزایش قابل توجهی در پایداری، دوام و خواص فوتوکاتالیستی مواد شده است. نانوذرات اکسید روی تهیه شده توسط سنتز سبز با استفاده از عصاره‌های گیاهی و ضایعات به عنوان محرک‌های زیستی، پایداری بالا و فعالیت فوتوکاتالیستی عالی را نشان می‌دهند. اکسید روی بیوسنتز شده از عصاره گیاهی یا مواد زائد، عملکرد فوتوکاتالیستی را بهبود می‌بخشد و باعث پراکندگی بهتر نانوذرات برای جلوگیری از تجمع می‌شود. تشکیل اکسید روی سبز با اندازه کوچکتر، سطح بزرگتری را برای جذب موثر آلاینده‌ها فراهم می‌کند و در نتیجه به کارایی واکنش‌های فوتوکاتالیستی کمک می‌کند. علاوه بر مقرون به صرفه بودن و استفاده مجدد بسیار زیاد، ترکیب نانوذرات اکسید روی بیوسنتز شده تثبیت شده بر روی پلیمرهای زیستی طبیعی ممکن است پیوند و برهمکنش خوبی ایجاد کند که باعث افزایش بیشتر خواص فوتوکاتالیست می‌شود. بنابراین، ترکیب نانوذرات اکسید روی بیوسنتز شده روی بیوپلیمرهای طبیعی، امیدوارکننده است و می‌تواند به عنوان فوتوکاتالیست‌ بالقوه برای تصفیه پساب در آینده باشد زیرا غیرسمی، تجدیدپذیر، زیست سازگار و زیست تخریب‌پذیر است. انتظار می‌رود که فوتوکاتالیست‌های هیبریدی اکسید روی با استفاده از منابع تجدیدپذیر، زیست تخریب‌پذیر و سازگار با محیط زیست، مرز جدیدی را برای فناوری سبز باز کنند.