碳量子点BiOCl复合材料的光催化性能研究(5)
此外，人们发现，钒酸铋也有类似的现象，单斜相和四方相的钒酸铋都具有可见光催化活性，二者的禁带宽度也非常接近，但单斜相钒酸铋的可见光催化性能更加优越[15，16]。原因是单斜相钒酸铋晶体内部的Bi-O 键存在很大的畸变，这种畸变有效提高了光生载流子的分离效率。此外，晶面也对光催化性能有重要影响。
由于光催化剂不同晶面上原子的排布不同，导致各晶面的光催化活性和选择性存在很大的差异。比如锐钛矿相的TiO2，无论从理论上还是实验上都发现了(001)晶面簇相对具有较高的反应活性[17，18]。
这是因为TiO2 的(001)面上有较多的不饱和Ti 原子，而且表面上Ti–O–Ti的键角更大。最近，Liu 等[19]通过HF 保护法得到了尺寸均一的锐钛矿TiO2 单晶颗粒，而其中(001)晶面比例达到了47 %，如图1-4 所示。这种高(001)晶面的TiO2在掺杂N后具有很好的可见光光解水产氢活性。叶金花等[20]研究了Ag3PO4 晶面对其光催化性能的影响，发现表面为(110)晶面的十二面体Ag3PO4 比表面为(100)晶面的立方体表现出更高的降解有机污染物的活性，原因是Ag3PO4 的(110)晶面具有更高的表面能。
我们研究小组发现表面为(111)晶面簇的 Cu2O 八面体比表面为(100)晶面簇的四面体在降解水中甲基橙染料时具有更好的光催化性能，也证明了晶面对光催化性能的影响[21]。
(2)结晶度和比表面积
材料的结晶度对光催化性能也有着重要的影响。如果光催化材料的结晶度低，就会存在较多的缺陷和杂质，而缺陷和杂质可以作为电子和空穴的复合中心，导致光生载流子的分离效率降低。从这个角度来看，材料的结晶度越高，光催化材料的效率也应该越高。Amamo 等[22]通过实验制备了具有相同比表面积的结晶Bi2WO6 和非晶态 Bi2WO6，通过光催化降解乙醛的实验发现结晶态 Bi2WO6 的光催化性能大大高于非晶态 Bi2WO6。他们通过瞬态红外吸收谱，研究了结晶度对光生载流子寿命的影响。
研究发现结晶态Bi2WO6 在100 μs 处有吸收，表明光生载流子复合速率较慢、寿命较长，而非晶态Bi2WO6 没有相应的吸收，这主要是由于其本征缺陷导致光生电子空穴对大量复合所致。但实际上，缺陷对光催化活性并非全是负面影响。例如，对紫外光催化剂，通过掺杂杂质原子可以在半导体中引入杂质能级，降低电子跃迁的禁带宽度，从而实现紫外光光催化剂对可光的响应。锐钛矿相TiO2 晶格内有较多的缺陷和位错，能够产生更多的氧空位来俘获电子，而金红石型具有较好的晶化态，缺陷少，导致光生空穴和电子容易复合。
除此之外，比表面积也是影响光催化活性的一个极其重要的因素。一般说来，光催化剂比表面积的增大， 有利于增加反应活性位的数量，使得光催化剂在降解过程中与更多的污染物分子相接触以及增加光量子吸收，从而提高光催化性能[23,24]。
但是当催化剂的结晶性较差，晶体中存在较多缺陷时，大比表面积的粒子往往也存在更多的复合中心，导致光催化活性的降低。余家国等[25]研究了煅烧温度对Bi2WO6 光催化性能的影响，当煅烧温度从100 ºC 提高至500 ºC 时，Bi2WO6 的光催化性能逐渐提高，而继续升温则会降低Bi2WO6 的光催化性能。这是因为随着煅烧温度的升高，Bi2WO6 的比表面积逐渐减小，而结晶度逐渐提高。比表面积和结晶度共同影响光催化性能，当两者达到平衡时，样品表现出最佳的光催化活性。
(3)晶粒尺寸
光催化材料粒径的大小直接影响光催化活性。一般来说，纳米粒子的光催化活性要优于块体材料。这主要可以归结为以下几个方面的原因：首先，材料的颗粒尺寸越小，相同质量的材料的表面积越大，即材料的比表面积越大。