Page 27 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2020年第5期

第 ５ 期 孙明禄 等: 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 ２ １

金属掺杂是一种常用的催化剂改性方法, 它可以通 素, 卡马西平、 布洛芬和双氯芬酸以及其他全世界水
、
过改善能带结构提升催化剂的光催化性能. 环 境 中 常 见 的 药 品. 用 NaBiO ３ Bi １２ O １５ Cl ６ 、
2.5 异质结构建 BiOBr 、 碳 量 子 点 / BiOBr 、 PbBiO ２ Br 、 Fe ３O ４ BiOI 、
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－ 、 、 、
当选择具有不同光响应性的材料作为组分时, 自 掺 杂 I 的 Bi / BiOIO ３ Bi ４O ５ Br ２ Bi ２O ２CO ３
形成的异质结构光催化剂可以吸收和利用太阳光谱 BiVO ４ Bi ２WO ６ TiO ２ Pt 和 CuO / BiVO ４ 降 解 工
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、
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的很大一部分, 通过适当的能带匹配, 在不同组分之 业微污染 物 双 酚 A 、 苯 酚、 异 丙 隆、 苯 甲 酸 酯 及 甲
间建立内部电场, 可以促进空间分离, 减少光生载流 醇等 [ ５１Ｇ５２ ] .
子的复合.结合具有不同催化性能的材料, 可以实 ２ ) 光催化还原水中污染物.铬 ( Cr ) 是一种常
现同时加速氧化和还原反应; 组分的独特性质如金 见的水体污染物, 对人体健康危害极大, 其有效去除
属粒子的等离子体效应和碳材料的高导电性, 也有 具有重要意义. Bi ２４O ３１ Br １０ 由于足够负的导带的位
利于光催化反应, 异质结光催化剂被认为具有很高 置不仅可以还原水中六价铬, 还可以分解水; BiOCl
的太阳能 Ｇ 化学能能量转换效率 [ ４７ ] . Zhou 等 [ ４８ ] 通 由于具有良好的吸附性能对光催化还原六价铬表现
过两步法制备的 Bi ２WO ６ 石墨烯纳米复 合材料具 出了良好的性能.
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有更高的光催化 NO 去除率以及对于离子物种的形 3.2 光催化空气净化
成具有更好的选择性, 原因在 于与石墨烯耦合后, １ ) 空气中的 CO ２ 是造成温室效应的主要气体,
研究证实 CO ２ 可被光催化还原为 CO 、 甲烷等燃料
Bi ２WO ６ 的光电流密度和导电性大大提升, Bi ２WO ６
与石墨烯的界面电子相互作用导致了价带最大值下 气体.如 BiOBr通过调控暴露晶面增加了 CO ２ 的
移了 ０．３６eV , 宽度增大了 １eV , 实现了高效的电荷 表面吸附位点, 促进了 CO ２ 的活化, 实现了高效的
分离和迁移率.此外, 董帆等 [ ４９ ] 首次发现绝缘体可 电荷 分 离 效 率, 大 大 提 升 了 CO 的 产 生 速 率.
作为光催化剂, 进一步研究发现 Bi系光催化材料还 Chen g 等 [ ５３ ] 制备的 Bi ２WO ６ 空心微球可将 CO ２ 催
可与绝缘体构建异质结光催化剂, 以实现绝缘体在 化转化为甲醇. Vu等 [ ５４ ] 最近使用碳层介导制备了
光催化领域的应用.如 SrCO ３ ＧBiOI核壳结构 [ ５０ ] , 三维 BiVO ４ 碳 包 覆 Cu ２O 纳 米 线 阵 列 ( BVO / C /
/
在 ４００~６００nm 的可见光区表现出良好的光吸收 Cu ２OＧNWAs ) 的 新 型 Z 型 结 构. BVO / C / Cu ２OＧ
性能, SrCO ３ 中的 O２ p 轨道和 BiOI中的 Bi６ p 轨道 NWAs的 CO 产率提升至 ３．０１ μ mol /( h ).碳
g
之间的共价作用提供了 SrCO ３ 和 BiOI间的电子传 层作为 Cu ２O 的保护层促进了电荷分离, 经过 ２０h
输通道, 使得光敏剂 BiOI中的光生电子转移到绝缘 的 反 应, 其 光 催 化 活 性 能 够 保 持 在 初 始 活 性 的
体的导带, 促进了活性物种的产生.综上所述, 异质 ９８％ .此外, Bi ４O ５ Br ２ 等铋系材料在温和条件下也
结构建光催化剂可通过内建电场促进载 流子的传 可将空气中的 CO ２ 还原成有用的有机物等 [ ５５ ] .
输, 实现高效的光催化性能. ２ ) 太阳光下空气中低浓度 NO x 的氧化.如 Bi
[ ５６ ] [ ５７Ｇ５８ ] 、 Pd / Pd /
２＋
3 铋系光催化材料在环境与能源领域 沉 积 的 Bi ２O ２ CO ３ 、 NＧBi ２O ２ CO ３
[ ５９ ] 、 Br 掺 杂 的 BiOCOOH [ ６０ ] 、
( BiO ) CO ３
的应用 ２
[ ６２ ]
[ ６１ ] 、 SrTiO ３ BiOI 等均表现出净化室内
/
Bi / Bi ２MoO ６
3.1 光催化水处理 空气污染物 NO x 的性能.
１ ) 可见光或太阳光光催化氧化药品、 染料等废 ３ ) 降 解 VOCs . Lon g 等 [ １６ ] 合 成 的 纳 米 结 构
/ . Don g 等 [ ３０ ]
水中有机污染物.如 Bi / αＧBi ２O ３ C ３N ４ 由于氧缺陷 BiPO ４ 可将气相苯光催化转化为 CO ２
和 Bi单质的协同作用提升了价带 位 置, 缩 小 了 带 制备的含缺陷 BiOCl通过调控开环反应路 径提高
隙, 促进了主要光生活性物种超氧自由基的产生, 极 了甲苯光催化降解的开环效率.
大提升了材料降解抗生素的稳定性; 利用碳量子点 3.3 光催化固氮
掺杂 BiOI拓展了光吸收范围, 促进了关键活性物种 尽管氮气含量占地球大气的 ７８％ , 但由于其极
光生空穴的产生, 从而加快了对四环素和双酚 A 的 强的三键作用, 不能直接被生物利用, 而是需要转化
光 降 解 速 率. 此 外, N 掺 杂 碳 量 子 点 BiOBr 、 为固定氮.氨( NH ３ 已被证明是可储存 太阳能的
)
NiFe ２O ４ Bi ２O ３ Bi ２４O ３１Br １０ Fe ３O ４ Bi ２WO ６ 等 光 可靠媒介, 传统工业将氮气转化为氨需要在高温高
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催化氧化水中的药物, 如: 四环素、 环丙沙星等抗生 压的条件下进行, 目前研究发现光催化可实现在温