单原子Bi吸附对BiOI光催化性能的影响

李 庚， 朱超涌

(四川大学 原子与分子物理研究所， 成都610065)

1 引 言

随着人类社会发展对能源日益增长的需求，及日趋严重的环境污染问题，利用清洁能源成为人类主要的研究方向之一. 半导体光催解剂因其太阳能转换效率高、环境污染低而备受关注[1-2]. 近年来，研究发现了许多具有很高光催化效率的半导体材料，如ZnO[3]和TiO2[4-5]，其中，TiO2因其环保、成矿完整、成本低、无毒等优点，成为研究最广泛的光催化剂[6-7]. 然而，TiO2的带隙较宽(3.2 eV)，导致TiO2对太阳能的吸收率较低(<4%)，此外，较高的光生电子和空穴复合率，也极大地限制了TiO2的实际应用[8]. 学者还研究了其它由可见光驱动的高效光催化剂，如CdS[9]、BiOBr[10-11]、BiOI等，其中BIOI因其无毒、环保等优势也备受关注[13]，BiOI被认为是最有潜力的光催化剂之一[12].

BiOI的晶体结构表明 [Bi2O2]2+层镶嵌在两层 I2-中间，其结构使其具有狭窄的波段间隙，通常用作可见光催化剂，可以在可见光照射下激活[14-15]. Dai等人[16]详细研究了 BiOI 晶体的电子结构和光学特性，Huang等人[17]使用 DFT 方法计算了 BIOX(X = F、Cl、Br、I) 的电子结构和光学特性，Long等人[13]合成多孔分层 BiOI 纳米结构，罗丹明B(RHB)的去除率达到 98.7%，表明其形态和结构对BiOI的光催化性能有重要影响. 前期研究表明光催化发生在BiOI表面，裸露的晶体表面性质在光催化效率方面起着重要作用. Ye等人[14]合成了具有(001)和(100)暴露面的BiOI，实验表明BIOI(001)对CO和CH4的产量分别为5.18 μmol h-1g-1和1.78 μmol h-1g-1，而BIOI(100)对CO和CH4的产量分别为1.52 μmol h-1g-1和1.50 μmol h-1g-1. Shan等人[15]通过简单的化学转换技术成功制备了BiOI，实验表明，具有(001)暴露面的BiOI有利于增强可见光催化，此外，Zhang等人[18]使用 DFT 计算来研究 BiOX (X = F、Cl、Br、I)(001)、(110)和(010)面的光催化特性，发现表面为X原子的 (001) 面具有极高的热力学稳定性，Kong等人[19]发现，表面为I原子的BIOI(001)(1I-BiOI)的表面能最低.

研究表明虽然 1I-BiOI(001)的光催化性能高于BiOI块体，但仍达不到应用的要求，对此有研究……