浅谈可见光铋系光催化剂的应用

张博文

【摘 要】可见光铋系光催化剂是一种新型催化剂，在处理难降解的有机物上，表现出了良好的活性。本文针对目前市面上常见的几种可见光铋系光催化剂的特点、作用等进行了介绍，并指出在未来阶段下可见光铋系光催化剂的应用方向。

【关键词】可见光铋系光催化剂；类型；应用；趋势

铋系催化剂作为新型的光催化材料，目前在光催化领域一直备受关注。光铋系催化剂有着良好的可见光催化活性，是研究领域的热点问题，本文就可见光铋系光催化剂的应用研究进展进行分析。

1 氧化铋催化剂

氧化铋催化剂是以超声化学联合方法合成纳米氧化铋粉末，能够在可见光的照射下，使甲基橙降解率达到百分之八十六，生成氧化氮、二氧化氮和二氧化碳等无机物，具有可见光催化活性。近几年对氧化铋光催化剂的报道主要在氧化铋的金属离子掺杂改性上。

氧化铋单独作为催化剂的催化效果不太明显，目前主要是研究钛酸铋系列化合物，铋与其他金属复合，可以组成新的固溶体化合物，表现出了优越的物理和化学性能。

2 钛酸铋系列催化剂

氧化铋和氧化钛复合形成多种晶相结构的复合氧化物，都被称为钛酸铋化合物，研究者对其独有的晶体和电子结构光催化性能的研究，投入了大量的精力，取得了丰硕的成果。研究结果显示，在紫外线的影响下，钛酸铋催化剂可以产生更加理想的光催化效果，但是很少有学者针对可见光对于钛酸铋系列催化剂性能的影响展开研究，相关的研究是近年来才开展。

对于氧化铋和氧化钛，都可以应用固相合成方法进行制备，实验研究结果显示，物质量不同，那么形成的晶体结构也存在差异。随着量比的增长，BTO禁带宽度变窄，可见光的相应范围反而变宽。

钛酸铋系列的化合物在可见光下也具有光催化活性，能够分解有机物，但是由于钛酸铋结构的多样性以及合成条件是非常多样的，常用的方法有固相合成法、化学溶液分解法、水热合成法等等，目前，人们对此类型化合物的研究还有待深入，相关的研究还处于初级阶段，有待进一步的完善。

3 钨酸铋系催化剂

钨酸铋系催化剂有着独特的电子多功能性与分子多功能性，稳定性非常高，有着良好的发展前景，钨酸铋系催化剂是基于研究人员对可见光照射下降解燃料污染物的实验中发现，在氧化铋层之中，需要添加钙钛矿层，这可以有效提升可见光吸收性，目前，研究人员针对钨酸铋系催化剂表面积与结晶度的改善进行了深入的研究，相关人员开始将纳米技术引进到其中。实验结果显示，随着温度的上升，三、钨酸铋系催化剂结晶度也会上升，表面积减少，在200℃的环境下，纳米片中的纳米晶会与之形成异质结，并产生电荷，提高了催化剂的使用寿命。

4 钼酸铋系催化剂

钼酸铋的类型非常多样，每一种相，都有不同的特点与结构，有的钼酸铋气体传感性能好，有的钼酸铋光催化活性较好。在2008年，钼酸铋研究成功，2010年，Zhang等合成了正交晶系Bi2MoO6颗粒，通过可见光降解亚甲基蓝，120min后降解率达到90%.表明活性依赖于晶体形状、晶体尺寸和结构。

5 复合型催化剂

半导体催化剂能隙宽带，会直接影响光的响应范围，元素类别不同，也会形成相应的杂化轨道，这些轨道会影响正常的光生空穴，继而降低光生空穴以及光生电子的复合率，与此同时，提高光催化活性。针对这一问题，研究人员开始将杂化轨道引入到价带能级的研究中，也取得了丰硕的成果。目前，人们已经成功研制出铋元素与其他金属的复合催化剂，在光激发之后，表现出了良好的性能。

钒铋钠和硝酸铋也是一种理想的钒酸铋催化剂，属于纳米级催化剂，其催化效果会受到水热时间与水热温度等因素的影响，继而干扰光催化的效果以及催化剂结构。经过实验证明，160度的水热反应经过12小时，合成了钒酸铋，在500瓦的氙灯光照下若丹明B染料被降解，光照120分钟，降解率大约是百分之九十。Zhou L等用高强度的超声方法合成钒酸铋，可见光照射下能够对若丹明B降解，经过150分钟光照后，降解率大约达到百分之五十五。

钒酸铋具有三种结构，单斜晶结构、四方晶的scheelite结构和四方晶zircin结构。经过研究证明，只有单斜晶结构的钒酸铋具有光催化活性，这可能是由于其所含有的BI--o多面体结构的特有的畸变造成的。Zhang L等利用水热合成的具有单斜晶结构的钒酸铋，在太阳光照下降解若丹明B，经过光照180分钟，降解率达到百分之七十。

6 固溶体型催化剂

Yao W F 等应用固相合成法，成功生产出化合物，在X值相同时，随着合成温度的升高，催化剂活性反而会下降，究其根本原因，是由于在高温环境下，V、Bi与Mo元素出现挥发，增加了合成催化剂陷位，如果在其中增加催化剂，可见光照射分解水，产生氧气的初始速率要远高于钒酸铋。合成的这一系列固溶化催化剂，在紫外线的作用下，会表现出良好的光催化活性，但是关于可见光光催化活性的研究，还处于初级阶段。

根据研究显示，可见光的存在可以显著提升可见光铋系光催化剂的活性，达到降解污染物的目的，有着广阔的发展前景。近年来，研究人员针对可见光铋系光催化剂的能带结构、组成结构、降解机理等问题进行了详细的分析，对于提高催化剂活性，发现新型催化剂，有着极为重要的意义。此外，催化剂合成方法的选择对于催化剂结构形成也有重要影响，在催化剂活性的提高上具有重要的作用，以后对合成方法的研究和创新将会成为研究可见光催化的热点问题。不同类型的可见光铋系光催化剂，在降解针对性与选择性方面，存在较大的差异，在未来阶段下，关于可见光催化的研究重点，会集中在光催化活性评价的评估、新型高效光催化剂、催化激励以及负载技术的研究上。

【参考文獻】

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[责任编辑：田吉捷]