在当代材料科学与工业应用中，氧化锌（ZnO）因其独特的宽禁带半导体特性而被广泛研究。特别是其纳米粉体形态（Particle Size < 100 nm），在光学、电子及光伏领域展现了巨大的潜力。

氧化锌（Zinc Oxide, ZnO），CAS号为1314-13-2，是一种无机化合物，属于Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体。其晶体结构多样，主要包括立方闪锌矿结构、六方纤锌矿结构以及氯化钠式八面体结构。其中，六方纤锌矿结构因其热力学最稳定，最为常见，晶体呈纤锌矿（Wurtzite）结构。

作为纳米粉体，ZnO的产品形态通常为白色至浅黄色的松散粉末，颗粒形貌可以是球形、棒状或多孔结构，具体取决于制备方法（如溶胶-凝胶法、水热法或微波法）。产品性状高度依赖于纯度和粒径分布,高纯度的纳米ZnO（≥99.9%）呈现出极高的比表面积（可达35 m²/g以上）。

性能

ZnO作为宽禁带半导体，其禁带宽度约为3.3 eV（室温），属于直接带隙半导体。这一特性使其在紫外光区表现出强吸收能力，特别是200-380 nm波长范围内，ZnO能有效阻挡紫外光，因而被广泛用作防晒剂和紫外线吸收剂。与此同时，ZnO在可见光区表现出高透光性，这种紫外阻挡、可见透过的特性，使其在光学涂层中应用广泛。

值得注意的是，ZnO的光学性能受掺杂和形貌影响显著。通过Al³+掺杂制备的AZO（铝掺杂氧化锌）纳米粉体，其紫外吸收峰会因晶粒尺寸的变化而发生红移，禁带宽度变窄。此外，ZnO的表面吸附特性也极强，易吸附空气中的CO₂和水分，导致其表面形成羟基或碳酸锌，这会影响其在光电器件中的电子传输特性。

DOI: 10.3724/SP.J.1077.2013.12185

在化学活性方面，ZnO表现出较强的两性特性。它能在酸性溶液中被腐蚀（生成Zn²⁺），而在碱性溶液中溶解（生成Zn(OH)₄²⁻），但在中性或弱碱性环境中相对稳定。此外，ZnO在高温下（>300℃）会升华，在常温常压下易吸收CO₂而转化为碳酸锌。由于ZnO具有较高的激子结合能（约60 meV），在光激发下易产生激子，这一特性使其在光电催化和光电子器件中表现出优异的光电性能。

应用场景

1、电子与光电器件（柔性基底与喷涂工艺）‍

在传统的光电子器件中，ZnO常被用作透明导电氧化物（TCO）或电子传输层（ETL）。与传统的二氧化钛（TiO₂）不同，ZnO具有更高的电子迁移率。在制备工艺上，ZnO纳米粉体可以通过喷涂、旋涂或刮涂等低温溶液工艺直接制备薄膜，且无需高温退火（如TiO₂需450℃以上），这为柔性基底（如PET、PI薄膜）上的器件制备提供了可能。

DOI：10.1002/anie.202208815

2、钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells）的关键电子传输层（ETL）‍

ZnO在钙钛矿太阳能电池中主要作为ETL，起到传输电子并阻挡空穴的作用。

ZnO的电子传输能力强，能有效降低器件的暗电流，提升开路电压（Voc）。更重要的是，ZnO纳米粉体可在室温或低温（80-120℃）条件下形成致密薄膜，无需高温烧结。这打破了传统基底的温度限制，使得ZnO成为柔性钙钛矿电池的理想材料。

基于ZnO的柔性钙钛矿太阳能电池（FPSC）在弯曲测试中表现出色。研究表明，基于ZnO ETL的柔性电池在进行上千次弯折后，效率损失率显著低于基于TiO₂的器件（后者约50%，前者可达80%以上保留效率）。

研究指出，ZnO的纳米线（NW）形态在FPSC中最具前景。由于一维结构的垂直排列特性，ZnO纳米线能提供更多的电子传导路径和更大的界面接触面积，从而进一步提升光电转换效率（PCE），目前已从早期的2.6%提升至约15%。

DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e24706

3、防晒剂与功能性涂料

由于ZnO在紫外区的强吸收能力，它是防晒化妆品中的关键成分。纳米级的ZnO因其粒径小于光波长，能在不产生白色残留的情况下提供有效的防晒保护。

DOI:10.1038/s41598-023-34120-z

4、催化与传感器

高比表面积的ZnO纳米粉体在光催化降解有机污染物和气体传感（如NO₂、H₂S）中表现出优异的性能。通过表面改性（如金属修饰），其催化活性可进一步增强。

DOI:10.1016/j.jallcom.2021.159171

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