硫化铋/钨酸铋复合催化剂的制备及其光催化固氮性能

王 一 童， 王 宇， 郑 楠， 董 晓 丽

( 大连工业大学 轻工与化学工程学院， 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

光催化固氮反应需要满足以下条件：在太阳光照射下，半导体光催化剂生成的光生电子能够断开氮气分子中的N≡N[1]；半导体光催化剂应具备合适的带隙结构，在标准氢电极下，导带位置一般低于-0.09 eV[2]，有利于氮气被还原为氨，价带的位置一般高于1.23 eV[3]，有利于水被氧化为氧气；为实现保护环境、节约能源的目的，半导体光催化剂应具备重复利用、利于回收以及无毒无害等特征。

钨酸铋(Bi2WO6)具有高效的可见光光催化活性[4]，因此在光催化领域引起了人们广泛的关注。然而，单组分钨酸铋中的光生电子空穴易于复合，光的响应范围较窄[5]。Gan等[6]通过水热法成功将银、溴化银引入钨酸铋表面来增强光催化降解罗丹明B和苯酚的效率。银的表面等离子共振效应有利于拓宽可见光吸收范围，从而提升降解效率。为了促进钨酸铋中光生载流子的分离效率，设计了与其他具有窄带隙的半导体光催化剂形成异质结构。硫化铋(Bi2S3)具有较宽的光吸收范围，可以吸收700 nm以上的太阳光谱；具有合适的带隙结构，禁带宽度约为1.23 eV[7-9]，且原材料低廉易得，生产工艺操作简单。因此，构建硫化铋与钨酸铋异质结构，有利于光生电子空穴对的生成，抑制光生电子空穴对的复合，从而有助于光催化反应。本实验利用二次溶剂热法制备了硫化铋/钨酸铋异质结催化剂，研究了不同浓度的硫化铋对光催化化固氮性能的影响和硫化铋/钨酸铋催化剂光催化固氮机理。……