半导体材料因其独特的电子能带结构而受到广泛关注，这种结构使其能够吸收光并产生能够驱动氧化还原反应的电子-空穴对[[1], [2], [3]]。当受到能量等于或大于其带隙的光子照射时，半导体将电子从价带激发到导带，留下带正电的空穴[1]。这些载流子可以参与氧化和还原过程，使得半导体光催化剂在环境修复、氢气生产、CO?还原和选择性有机转化等方面具有巨大潜力[[2], [3], [4]]。然而，光催化效率很大程度上取决于带隙能量、载流子迁移率、复合率、表面积和稳定性等关键因素[3,5]。
在各种半导体光催化剂中，氧化锌（ZnO）已成为研究最广泛的材料之一[[6], [7], [8]]。ZnO是一种n型半导体，具有强紫外线吸收能力、低毒性和成本效益[[6], [7], [8], [9]]。这些优点使其在光催化应用中非常吸引人，特别是在污染物降解和水分解方面[7,8]。尽管如此，ZnO也存在一些局限性。其较宽的带隙（3.37 eV）限制了光吸收主要发生在紫外线区域，而紫外线仅占太阳光谱的一小部分[3]。此外，光生电子-空穴对的快速复合显著降低了量子效率[5,10]。在某些反应条件下，ZnO还可能发生光腐蚀[11]。
为了解决这些局限性，人们探索了多种策略来提高ZnO的光催化活性。通过调控形貌和结构（如制备一维纳米结构（纳米棒、纳米线、纳米球）可以增加表面积，增强载流子分离，并通过缩短载流子传输路径来减少复合[[12], [13], [14]]。通过将ZnO与其他半导体（例如TiO?、g-C?N?、WO?）结合形成异质结和复合材料，可以有效地分离电荷并将光吸收扩展到可见光区域[[15], [16], [17]]。使用有机染料、贵金属纳米颗粒（Pt、Ag、Au）或碳基材料（石墨烯、CNTs）对表面进行修饰，可以进一步提高光吸收能力，并作为电子汇减少复合[[18], [19], [20]]。
在这些策略中，元素掺杂被认为是一种强大且相对简单的方法[[21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30]]。通过掺杂剂创建氧空位和间隙缺陷等可控的缺陷工程，可以提供载流子的捕获位点，延长载流子的寿命并引入亚带隙吸收。金属离子掺杂将外来原子引入ZnO晶格，在带隙内形成局域能级，从而实现可见光吸收，改善电荷分离并增强光催化性能。常见的掺杂剂包括过渡金属和稀土元素[21,27,28]。非金属掺杂剂如氮、磷和碳也可以通过引入中间带态和改善可见光吸收来增强光催化活性，尽管过量掺杂可能会产生促进电荷复合的陷阱态[23,24,29,30]。
III族掺杂剂，特别是铟（In3?），具有多种优势[[21]]。铟可以有效改变ZnO的能带结构，缩小有效带隙并增强近紫外线和可见光区域的吸收。In3?在导带附近引入浅施主态，促进载流子迁移并减少复合，而某些过渡金属则会引入深陷阱。此外，铟掺杂可以与内在缺陷（如氧空位）协同作用，进一步改善可见光吸收和电荷分离。因此，在中等掺杂水平下，掺入铟可以保持ZnO的结构完整性，使其适合大规模合成和工业应用。
在本研究中，使用锌废弃物作为锌源制备了ZnO，提供了一种可持续且经济可行的替代高纯度商业前体的方法。锌废弃物的再利用不仅降低了材料成本，还通过将工业副产品转化为高附加值的功能材料，支持了循环经济战略和环境保护。有趣的是，Zn废弃物中固有的微量金属杂质可能对所制备ZnO的光催化性能产生有益影响。这些残留元素可以作为非故意的掺杂剂，引入浅缺陷态，促进氧空位的形成或增强载流子分离。当这些杂质以低浓度且受控的方式存在时，它们可以协同改善光吸收并抑制电子-空穴复合，从而对整体光催化效率产生积极影响。此外，作为可控掺杂剂的铟的刻意掺入提供了额外的、可调的电子修饰，增强了载流子密度和迁移率，同时优化了缺陷化学性质，进一步提升了光催化活性。
