卤氧化铋光催化剂的改性研究与应用

张静雯，李英华

(东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110819)

0 引 言

随着城市化与工业化进程的加快，能源与环境问题的解决也迫在眉睫。而传统的光催化剂如TiO2及ZnO，因拥有较宽的禁带宽度，在紫外光下才显示光催化活性，这极大限制了光催化剂在实际中的应用。BiOX属于三元结构(V-VI-VII)半导体材料，其晶体结构为四方的氟氯铅矿结构。拥有由双卤素原子层与[Bi2O2]2+沿c轴方向交错排列形成的特殊层状结构，该结构易堆积形成微纳米球，拥有更大的比表面积和更多的反应活性中心[1]。层内原子间与层间原子间分别拥有较弱的共价键与较强的范德华力，进而产生高度各向异性的结构，易于光生电子与空穴对的分离，拥有很好的光学性能。同时，BiOX属于间接跃迁带隙，光生电子需穿过一定的k层才能到达导带，促进了光生载流子的分离[2]。正因BiOX具有特殊的层状结构、适宜的带隙宽度及优异的光电性能，使其成为可取代传统光催化剂的新型光催化剂。随着卤元素原子序数的增加，卤氧化铋(BiOX，X=Cl、Br、I)的禁带宽度不断减小[3]。拥有最宽禁带宽度的BiOCl(3.22 eV)，是BiOX中组成最简单的一种，同TiO2一样仅在紫外光下显示光催化活性，导致其对太阳能的利用率较低[4]。禁带宽度较窄的BiOBr(2.64 eV)与BiOI(1.77 eV)，对可见光有很好的光催化活性，但它们的光生电子与空穴易复合使得量子效率较低[5]。因此，研究人员需对BiOX进行改性以提高光催化活性，加强其在环境和能源领域的应用。

1 卤氧化铋光催化剂的改性研究

为了进一步提高BiOX的光催化性能，克服其太阳能利用率低与量子效率低的缺陷，研究人员对其进行了大量改性研究,包括形貌调控、半导体复合、离子掺杂、表面改性等。……