Trong những năm gần ñây, các vật liệu bán dẫn làm xúc tác
quang ñã ñược nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi
trường và tạo nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái sinh từ việc
tách nước tinh khiết thành H2 và O2. Một số chất bán dẫn ñược sử
dụng làm chất xúc tác quang, trong ñó zinc oxide ZnO, titanium
dioxide TiO2, zinc titanate Zn2TiO2, cát biển, CdS là các chất cho
hiệu quả cao. Trong số ñó, ZnO và các oxit kim loại có cấu hình
electron d0 và oxit kim loại ñiển hình có cấu hình electron d10 ñược
nghiên cứu sâu nhất. Mặc dầu vậy, do có vùng cấm rộng nên chúng
chỉ hấp thụ ánh sáng tử ngoại, vùng mà chỉ chiếm khoảng 5% tổng
lượng photon ánh sáng mặt trời. Để sử dụng ánh sáng mặt trời hiệu
quả hơn, nhiều nghiên cứu ñã ñược thực hiện ñể các vật liệu có khả
năng xúc tác trong vùng khả kiến và cải thiện hoạt tính xúc tác quang
của chúng.
ZnO là chất bán dẫn thuộc loại A(II)B(VI), có vùng cấm rộng
ở nhiệt ñộ phòng cỡ 3.3 eV nên chỉ ánh sáng tử ngoại (UV) mới kích
thích ñược ñiện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng
xúc tác quang. Điều này, hạn chế khả năng xúc tác quang của kẽm
oxit, thu hẹp phạm vi ứng dụng của nó. So với TiO2 thì ZnO có ñộ
rộng vùng cấm tương ñương (ñộ rộng vùng cấm của TiO2 là 3.2 eV)
nhưng ZnO hấp thụ nhiều phổ mặt trời hơn. Chính vì vậy mà ZnO
với hoạt tính quang hóa cao, không ñộc hại và giá thành thấp, ñược
sử dụng nhiều cho ứng dụng quang hóa. Để sử dụng ñược ánh sáng
mặt trời vào quá trình xúc tác quang của kẽm oxit, cần thu hẹp vùng
cấm của nó. Để thực hiện mục ñích này nhiều ion kim loại và phi kim
ñã ñược sử dụng ñể thay ñổi các thù hình của kẽm oxit. Pha tạp ZnO
bằng những ion kim loại và phi kim khác nhau là cách thức hiệu quả
ñể mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng từ vùng tử ngoại sang vùng
khả kiến. Mặt khác việc tăng diện tích bề mặt của các chất xúc tác
quang cũng là vấn ñề ñang ñược ñặt ra.
Trong suốt những thập kỷ qua, các vật liệu như than hoạt
tính, zeolit với diện tích bề mặt riêng lớn ñã ñược ứng dụng làm chất
hấp phụ cũng như chất mang xúc tác ñể xử lý các chất hữu cơ ñộc hại
trong môi trường. Tuy nhiên, ứng dụng của zeolite và một số vật liệu
vi mao quản khác bị hạn chế bởi kích thước mao quản nhỏ (d 1,5
nm) dẫn ñến không thích hợp cho quá trình hấp phụ và chuyển hoá
các hợp chất hữu cơ phức tạp, cồng kềnh. Vì vậy, việc tìm kiếm các
vật liệu có kích thước mao quản lớn hơn ñã và ñang thu hút sự quan
tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học