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摘要：铋基半导体材料具有较窄的禁带宽度，能有效利用可见光光催化降解废水中的有机污染物，是近年来受到广泛关注的新型可见光光催化剂。然而，单一半导体的光生载流子的快速重组严重抑制了其光催化性能。因此，通过对铋基半导体进行改性以提高它的光催化活性成为人们研究的热点。
关键词：铋基半导体材料；可见光；光催化活性
0 引言
近年来，关于单相铋基光催化剂报道较多，铋基半导体材料具有较窄的禁带宽度，能有效利用可见光光催化降解废水中的有机污染物。然而单一半导体其光催化活性非常有限，因此，通过对铋基半导体进行改性以提高它的光催化活性成为人们研究的热点，主要的方法有：金属离子和非金属离子掺杂、金属单质修饰、染料敏化、构建异质结。
1 主要有效途径
1.1金属和非金属离子掺杂
金属离子掺杂和非金属离子掺杂可以调变带隙结构，以此提高光反应性，同时影响晶格缺陷的生成，从而提高光催化活性。Zhou等通过水热法制备 Er3+掺杂的 Bi2MoO6 纳米片光催化剂，调节 pH 值使 Bi2MoO6 纳米片转变为 Bi2MoO6 纳米线，由于 Er3+掺杂和大量暴露{010}晶面使得Bi2MoO6 对染料和苯酚的光催化活性好于商用的P25[1]。Dong 等首次制备出微球状 N 负载的 Bi2O2CO3 光催化剂，N进入到 Bi2O2CO3 晶格中，替代了 O 的位置，使得Bi2O2CO3的带隙从 3.4 eV 减小到 2.5 eV，对光的吸收区域延伸到可见光区，大大提高了光催化活性和稳定性[2]。
1.2 金属单质修饰
由于金属单质独特的电学、光学和磁学性能，金属-半导体复合
型光催化剂得到广泛研究。由于多孔、空心的结构，Ag 的引入能够通过表面电子自旋共振来扩展催化剂对可见光的吸收范围，并且 Ag 与 BiVO4 之间形成肖特基结能够有效地转移 BiVO4 上的光生电子，从而促进光生电子和空穴的有效分离，以此提高可见光下 BiVO4 的光催化活性[3]。
1.3 染料光敏化
染料光敏化能够拓展半导体的光响应范围，被认为是降解和矿
化染料最有效的途径之一。Peng 等制备超薄 BiOCl 纳米片BiOCl敏化降解罗丹明 B，降解速率得到提高 [4]。
1.4 构建异质结
构建异质结是提高半导体光催化剂性能的另一种非常有效的途
径。而半导体异质结的形成就能很好的解决这个问题，不但可以拓宽可见光利用范围，而且其形成内部静电场加速了光生电子-空穴对的有效分离。通常，根据带隙及价带、导带的位置，有三种类型的半导体异质结：I 型、II 型和 III 型（如图 1 所示）。
图 1 三种类型的半导体异质结构的能带示意图。
Fig. 1 Schematic diagram of three types of semiconductor heterostructures.
Sun 等通过控制水热温度、时间、pH 值和添加物剂量制得 α-/γ-Bi2O3 异相结，两种晶相之间有效地电子转移有利于提高光降解活性
[5]。
2 结束语
综上所述，本文主要叙述了通过对铋基半导体进行改性以提高它的光催化活性，并列举了几种提高铋基半导体材料光催化活性的有效途径。作为在新能源转换和环境净化实际应用的绿色技术—合成优质铋基半导体光催化剂，为人们降解废水中的有机污染物提供强有力的了理论依据。
参考文献
[1] Zhou T F, Hu J C and Li J L, Er3+ doped bismuth molybdate nanosheets with exposed {010} facets and enhanced photocatalytic performance. Applied Catalysis B: Environmental, 2011, 110: 221-230.
[2] Dong F, Sun Y J, Fu M, Ho W K, See S C and Wu Z B, Novel in situ N-doped (BiO)2CO3 hierarchical microspheres self-assembled by nanosheets as efficient and durable visible light driven photocatalyst. Langmuir, 2012, 28: 766-773.
[3] Chen L, Huang R, Ma Y J, Luo S L, Au C T and Yin S F, Controllable synthesis of hollow and porous Ag/BiVO4 composites with enhanced visible-light photocatalytic performance. RSC Adv., 2013, 3: 24354-24361.
[4] Peng Y, Wang D, Zhou H Y, Xu A W, Controlled synthesis of thin BiOCl nanosheets with exposed {001} facets and enhanced photocatalytic activities, CrystEngComm, 2015, 17, 3845-3851.
[5] Sun Y Y, Wang W Z, Zhang L and Zhang Z J, Design and controllable synthesis of α-/γ-Bi2O3 homojunction with synergetic effect on photocatalytic activity. Chemical Engineering Journal, 2012, 211-212: 161-167.
论文作者:陈庆国1,方晴2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/29
标签：半导体论文; 活性论文; 光催化论文; 可见光论文; 催化剂论文; 染料论文; 金属论文; 《防护工程》2017年第17期论文;