BiOCl复合光催化材料的研究进展

徐　鑫，葛建华，张萍萍，胡友彪

(安徽理工大学地球与环境学院，安徽　淮南　232001)



BiOCl复合光催化材料的研究进展

徐鑫，葛建华，张萍萍，胡友彪

(安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001)

氯氧化铋(BiOCl)为卤氧化铋BiOX (X=Cl，Br，I)新型半导体材料的一种，具有独特的层状结构和电子结构，适合的禁带宽度，表现出优良的光催化活性，在环保、能源、化工等领域具有良好的应用前景。本文对近几年通过离子掺杂、半导体复合和金属负载手段制备的BiOCl复合光催化材料的研究现状与发展动态进行综述分析，并对BiOCl复合光催化材料的研究方向和存在问题进行了展望。

氯氧化铋；复合光催化材料；光催化性能

在能源危机与环境危机日益严重的背景下，如何高效环保的处理污染物成为了解决环境问题的关键。光催化技术可以通过适当的光照催化降解污染物，从而生成对环境和人类无危害的产物，并具有成本低、条件温和、无二次污染等优点，现阶段已证实其在环境污染物处理方面具有良好的应用前景[1]。其中，BiOCl光催化剂具有独特的层状结构和电子结构，适合的禁带宽度，呈现出良好的光催化性能，对于染料、氯代有机小分子、藻毒素等都具有较好的光催化降解效果，引起了相关领域研究学者的紧密关注[2]。基于以上原因，本文拟对近几些年通过离子掺杂、半导体复合和金属负载手段制备BiOCl复合光催化材料的研究现状进行整合综述。

1　BiOCl光催化剂

BiOCl光催化剂作为卤氧化铋BiOX (X=Cl，Br，I)新型半导体材料的一种，其结构中的Bi3+四周的O2-和Cl-形成反四方柱配位的PbFCl型四方晶系[3]。同时，BiOCl的价带由O 2p和Bi 6s轨道杂化组成，增加了价带的宽度，导带则由Bi3+6p轨道组成，提高了BiOCl的还原性。因此BiOCl光催化剂具有较强的光催化性能，使得其在处理环境污染物方面具有重要的的研究价值和良好的应用前景[4]。

2　BiOCl复合光催化材料的研究进展

2.1离子掺杂

Pare等[5]通过掺杂Mn的方法，使得BiOCl的禁带宽度缩短至2.75 eV，提高了其在可见光范围的响应能力，并且证实了Mn2+离子可以同时捕获光生电子和空穴，从而进一步提高光催化活性。

Fan等[6]对掺杂Mn的BiOCl光催化材料进行研究，基于第一性原理方法研究显示，适当的Mn掺杂量可以提高BiOCl的光催化性能，这是由于Mn-O键较强的共价键特征可以激活BiOCl在可见光区的响应程度，同时，Mn 3d态可以和周围的Bi和O发生杂化，从而有效的分离光生电子-空穴对。

成姣等[7]在以Bi(NO3)3为铋源、WCl6为氯源和钨源、乙二醇为溶剂、尿素为添加剂形成的新Bi-W-Cl-O体系下，采用一步溶剂热法合成W掺杂BiOCl光催化剂，实验表明其在可见光下降解苯的活性比纯BiOCl高，这是由于W的掺入有效地抑制了光生空穴对的复合，并使得吸收峰向长波方向移动，从而增强了光催化剂对可见光的吸收。

王艳等[8]通过水解法向BiOCl光催化剂掺杂了Sn，研究证实，Sn/BiOCl复合催化剂仍为四方晶型结构，但其吸收带边发生了红移，Sn的掺杂提高了BiOCl光催化剂的活性，并且当Sn掺杂量达到9%时，其禁带宽度最窄，降解效果最高。

Wang等[9]通过N、C共掺杂BiOCl并在可见光下降解RhB考察其光催化性能，实验表明通过N、C共掺杂的BiOCl电子结构发生了有效改变，促进了光生电子的有效转移，降解机理实验明确了其主要活性物种为h+和O2-。

2.2半导体复合

Chang等[10]以禁带宽度为2.6 eV和3.4 eV的NaBiO3和BiOCl为原料，制备成NaBiO3/BiOCl复合半导体催化剂，其在可见光下降解RhB的效果强于NaBiO3和BiOCl，最终降解率达98%以上。

任泉霖等[11]利用水热法一步制备了Bi2O3/BiOCl异质复合光催化材料，以罗丹明B为目标降解物，当Bi/Cl的摩尔比增加时，光催化活性也随之增加，并且当比值为1.75时，所制备的Bi2O3/BiOCl复合材料光催化活性最高。这是由于Bi2O3与BiOCl之间形成异质结协同作用，光生电子和空穴发生有效转移降低了电子-空穴对的复合。

王嘉楠等[12]通过水热-溶剂热法制备了BiVO4/BiOCl 复合材料。BiVO4/BiOCl对RhB 的吸附能力和光催化活性要明显高于纯BiOCl，且复合材料具有较高的稳定性，重复使用3次后降解率仍可达到95%，变化不明显。

王晓萌等[13]采用溶剂热法制备了不同I/Cl比的BiOI/BiOCl可见光催化材料。其中，BiOI和BiOCl能够很好的复合，并在可见光区域内有很好的吸收。实验结果表明，I/Cl 摩尔比为9:1时，BiOI/BiOCl的可见光降解活性最高，TOC和COD测试证明复合材料能够对活性艳红X-3B实现一定程度的矿化，对降解机理的探讨证明其主要活性物质为光生空穴。

陈敏等[14]通过水热法一步合成了一种{001}晶面暴露的片状BiOCl和石墨烯复合材料。BiOCl/GS在紫外光下较纯BiOCl光催化性能提高了60%，在可见光下(λ>400 nm)降解性能提升到约为纯BiOCl的两倍，这是由于{001}面的BiOCl/GS能有效地抑制电荷复合，提高氧空位和光生电子转移效率。

此外，BiOBr/BiOCl、(BiO)2CO3/BiOCl、Bi(OH)3/BiOCl、AgCl/BiOCl、Ag3PO4/BiOCl、WO3/BiOCl等复合半导体材料的研究也取得了很大进展[15-20]。

2.3金属负载

张放放等[21]采用磁控溅射法和溶胶浸渍提拉法制备了Ag/BiOCl复合光催化剂，Ag的负载改变了原本BiOCl的形貌结构，使得在降解RhB时接触面积增加，RhB降解速率加快，另一方面Ag的负载可以有效地捕获光生电子，抑制光生电子和空穴的复合，进一步促进对RhB的降解。此外，200 ℃下控制气压为1帕斯卡并反应1 h所得样品表现出最好优的光催化性能。

余长林等[22]采用光化学沉积法制备了Pt/BiOCl纳米片光催化剂，并研究了Pt沉积量对Pt/BiOCl纳米片的光吸收和光催化降解酸性橙II性能的影响。分析结果表明, Pt对BiOCl比表面积的影响不大，但可有效的提高对可见光的吸收能力, 抑制光生电子-与空穴对的形成，提高光催化降解活性。当Pt沉积量为1%～2%时，显著提高了在紫外光下的催化降解活性, 并产生可见光活性。

3　结论与展望

通过离子掺杂、半导体复合和金属负载手段制备的BiOCl复合光催化材料可以有效优化结构形貌，控制光生电子-空穴对的形成，解决光响应范围窄和量子效率低的问题，从而提高光催化活性。但是BiOCl复合光催化材料在工业领域大规模生产和应用方面仍需要进一步突破。目前，对于光催化剂降解污染物的反应历程和作用机理的研究尚处在基础阶段，有待继续深入研究。另外，纳米粉末级别光催化剂的固定化使用是光催化剂推广使用的重点之一，虽然纳米粉末催化剂显示出优异的吸附降解能力，但其存在易团聚失活及回收再利用困难等问题，造成了处理的复杂度提高和成本增加，因此，为BiOCl复合光催化材料寻找合适的载体是解决问题的有效方法。

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Research and Development of BiOCl Composites Photocatalyst

XUXin，GEJian-hua，ZHANGPing-ping，HUYou-biao

(School of Earth Science and Environmental Engineering, Anhui University of Science & Technology, Anhui Huainan 232001, China)

BiOCl was a new kind of BiOX (X=Cl, Br, I) composites photocatalyst, which exhibited the excellent photocatalytic activities owing to its particular layer structure and electronic characteristics and suitable band gap. BiOCl possessed the good application prospect of environmental protection, energy utilization, chemical, and so on. The recent research and development of BiOCl composites photocatalyst prepared by ion doping, semiconductor compounding, and noble-metal deposition were reviewed and analyzed, and the research directions and open issues of BiOCl composites photocatalyst were prospected.

BiOCl; composites photocatalyst; photocatalytic activities

徐鑫 (1991-)，女，硕士生，主要研究方向为高级氧化技术。

葛建华，男，博士，主要研究方向为高级氧化技术。

TQ426

A

1001-9677(2016)02-0021-03