Ag沉积Bi₁₂O₁₇CI₂半导体制备及光催化活性研究

王晓方 张天旭 孙俊荣 常飞

摘要：采用光原位还原法制备了一系列Ag沉积的氯氧化铋（Ag/Bi₁₂O₁₇CI₂）二元复合半导体材料，并对其进行表征。x射线光电子能谱分析证实了样品中存在Ag单质，由于Ag颗粒的局部表面等离子体共振效应使紫外可见漫反射光谱图中可见光吸收能力明显增强，扫描电子显微镜图表明制备的材料具有纳米片堆积形成的三维立体形貌。与纯Bi₁₂O₁₇CI₂，样品相比，复合材料可见光照射下对甲苯醇的光催化选择性氧化性能明显增强，这主要与复合材料中形成了金属一半导体异质结以及Ag的等离子体共振效应相关。

关键词：氯氧化铋;Ag;光催化;等离子体共振

中图分类号：0611.4文献标志码：A

传统的精细化学品合成过程通常能耗较高，需要高温高压等苛刻条件。如何通过改进催化过程以降低反应活化能，使其能够更安全、绿色的生产，成为人们努力的方向。近年来，光催化技术可以直接使用太阳能驱动，反应条件更温和，所用氧化剂更为绿色，引起了众多研究者的关注。Bi系半导体催化剂是近年来研究较多的一种具有高度各向异性的层状结构材料，光催化性能优异，但其带隙结构较宽且光生载流子复合严重。在众多Bi系半导体催化剂中，氯氧化铋（Bi₁₂O₁₇CI₂）是一种带隙能较小，具有良好的可见光催化性能的富氧卤氧化铋材料，但纯Bi₁₂O₁₇CI₂光生电子一空穴对的复合率较高，对污染物的降解性能较差。为进一步提高Bi₁₂O₁₇CI₂的可见光响应，广大研究人员对其进行了改性研究，其中采用不同合成方法引人金属或非金属组分制备Bil2017C12复合材料是一种有效的方法。

在半导体表面沉积金属纳米颗粒后，当入射光的光子频率与金属中的等离子体振荡频率相同时，就会发生共振现象，从而对入射光产生很强的吸收，发生局域表面等离子体共振效应（10calized surfaceplasmon resonance，LSPR）。不仅如此，金属纳米颗粒也可以作为捕获光生电子的有效势阱，抑制光生电子和空穴的復合，最终提高了光催化材料的催化性能。当单质金属纳米粒子沉积在半导体材料表面时，往往可以通过构筑金属一半导体异质结获得更优异的可见光响应和光催化性能。

本文通过溶剂热法合成Bi₁₂O₁₇CI₂材料，随后采用光原位还原法将不同含量的Ag沉积在Bi₁₂O₁₇CI₂材料表面，合成Ag/Bi₁₂O₁₇CI₂二元半导体复合材料，并对样品进行微观结构和形貌的分析表征。通过研究材料的微观结构、物相组成以及光学性能，讨论Ag/Bi₁₂O₁₇CI₂系列样品对苯甲醇（C7H6O，BAD）选择性催化氧化活性增加的原因。