Page 23 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2020年第5期
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第 ３９ 卷 第 ５ 期                     华   中   农   业   大   学   学   报                      Vol．３９ No．５
               ２０２０ 年  ９ 月                  JournalofHuazhon gA g riculturalUniversit y        Se p ．２０２０ , １７~２５


               孙明禄, 李解元, 董帆 ．Bi 系光催化材料结构调控方法及其在环境能源领域的应用研究进展 [ J ] ． 华中农业大学学报, ２０２０ , ３９ ( ５ ): １７Ｇ２５．
               DOI : １０．１３３００ / j ．cnki．hnlkxb．２０２０．０５．００３
                       Bi 系光催化材料结构调控方法及其在环境能源领域

                                                  的应用研究进展


                                               孙明禄 , 李解元 , 董帆             １ , ２
                                                       １
                                                                  ２
                         １． 重庆工商大学环境与资源学院, 重庆 ４０００６７ ; ２． 电子科技大学基础与前沿研究院, 成都 ６１１７３１

                       摘要  Bi 系光催化材料是近年来被广泛研究的一类新型光催化剂, 具有独特的层状结构和合适的带隙, 价
                   导带位置可调, 是一类性能优异、 环境友好型、 结构可调的光催化剂, 在环境与能源领域具有广阔的应用前景.
                   本文介绍了 Bi 系光催化材料的种类, 系统综述了形貌调控、 表面缺陷引入、 晶面构建、 表面等离子体修饰、 元素
                   掺杂、 构建异质结等结构调控方法, 分析了光催化性能增强作用机制, 并重点总结了铋系光催化材料在水处理、
                   空气净化、 固氮、 产氢等环境净化和能源转化领域的应用研究进展, 最后讨论了该领域所面临的挑战, 并对 Bi系
                   光催化材料未来的发展进行了展望.
                       关键词  Bi 系光催化材料;光催化;结构调控;等离子体;环境净化;能源转化
                       中图分类号  O６４３．３６ ; O６４４．１   文献标识码  A   文章编号  １０００Ｇ２４２１ ( ２０２０ ) ０５Ｇ００１７Ｇ０９

                  光催化技术作为一种绿色环保技术, 利用资源                        子体、 元素掺杂或与其他半导体构建异质结等结构
               丰富的光能, 可将低能量密度的太阳光转化为高能                         调控方法, 并总结了其在水处理、 空气净化、 固氮、 产
               量密度的化学能或电能, 传统光催化剂如 TiO ２ 由于                    氢等环境能源领域的应用研究进展, 同时讨论了面
               较大的禁带宽度, 只能利用有限的紫外光, 量子效率                       临的问题并对未来发展方向进行展望.
               低  [ １ ] .如何提高太阳光能的利用效率和光生电荷分
               离效率是解决实际应用光催化效率较低的关键                      [ ２ ] .  1 铋系光催化材料的分类
                   近年来, 铋( Bi ) 系半导体发展成为一类独特的                  1.1  一元金属铋系化合物
               新型光催化材料, 光催化活性较高、 稳定性好、 成本
                                                                    一元铋系光催化剂主要包括氧化铋( Bi ２O ３ 和
                                                                                                          )
               低、 绿色无毒的优点使其在太阳能转化和环境修复
                                                                                                )
                                                               硫化铋( Bi ２ S ３ ).三氧化二铋( Bi ２O ３ 是最简单的铋
               等领域具有广阔的应用前景.此外, 它们制备操作
                                                               系 化 合 物, 不 同 晶 相 的 氧 化 铋 禁 带 宽 度 分 布 于
               简单、 形貌可控, 作为潜在的光催化剂很有吸引力,
                                                               ２．００~３．９６eV , 是 一 种 可 见 光 响 应 光 催 化 剂.
               得到了一系列广泛的关注和研究                [ ３ ] .铋基半导体具
                                                               Bi ２O ３ 的多晶型包括 α ( 单斜)、 ( 四 方)、 γ ( 体 心 立
               有独特的层状结构、 合适的禁带宽度, 更适合被可见                                                   β
                                                               方)、 δ ( 面心立方) 和 ω ( 三斜) 相.亚稳相很容易在
               光激发.价带由 Bi６s和 O２ p 杂化轨道组成, 从而
                                                               低温下转变为 α 相, 在高温下转变为 δ 相.并且还
               提升价带位置, 减小半导体宽度( 图 １ ).与其他金
                                                                                         [ ７ ] , 这种化学不稳定性
               属氧化物半导体相比, Bi系半导体是一个很有前景                        可进一步转化为( BiO ) CO ３
                                                                                    ２
                                                               是 Bi ２O ３ 作为光催化剂应用的主要障碍.如图 ２ 所
               的候选材料      [ ４ ] .此外, 其光催化性能与物相、 形貌、
               结晶度、 结构、 尺寸、 禁带宽度、 比表面积、 载流子分                   示, Bi ２ S ３ 具有 １．７eV 的体相禁带宽度, 可通过标准
               离及迁移率等密切相关           [ ５Ｇ６ ] .                  的无氧和热注射技术           [ ８ ] 制备 １D 纳米棒和 ２D 纳米
                   本文归纳了铋系光催化材料的种类及制备方                         片, 通过溶剂热法制备 ３D 类海胆球              [ ９ ] .其可在可
               法, 综述了铋系光催化材料选择性地控制形貌和结                         见光和近红外光区波段被激发, 是一种理想的光吸
               构、 引入表面氧缺陷、 暴露晶面调控、 表面修饰等离                      收材料, 缺点是光生载流子极易复合.


               收稿日期: ２０２０Ｇ０５Ｇ１４
               基金项目:国家自然科学基金优秀青年科学基金项目( ２１８２２６０１ );国家自然科学基金面上项目( ２１７７７０１１ )
               孙明禄, 博士研究生 ． 研究方向: 大气污染控制工程 ．EＧmail : ６７３０００９４４＠ qq ．com
               通信作者:董帆, 博士, 教授 ． 研究方向:环境催化与大气污染控制 ．EＧmail : don g fan＠uestc．edu．cn
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