光催化复合材料的研制+文献综述(3)
图1.2 半导体光催化的基本原理图
1.2 BSO粉末材料的制备方法
1.2.1 水热合成法
水热法又称热液法，属液相化学法的范畴。是指在密闭的反应容器里（高压反应釜），通过对反应容器加热创造高温高压的环境下进行的化学反应，反应介质为水，常温常压下难溶或不溶的物质可以在高温高压环境溶解下并且重结晶。水热法制备粉体常采用固体粉末或新配制的凝胶作为前驱体[22]。Xu等人[23]通过水热法合成镨掺杂的立方晶型的BSO样品，合成的原料是Bi(NO3)3•5H2O和K2SnO3•3H2O。通过XRD、TEM、紫外可见分光光度计等表征发现相比较纯BSO来说，1%-Pr-BSO掺杂的样品结晶状态更好，晶粒更好，同时其可见光催化性能更高。
水热法可以在温和的条件下直接制得性能良好的BSO粉体，不必做高温灼烧处理，避免了可能形成硬团聚的粉体，而且可以改变温度、反应物浓度等工艺条件来控制粉体粒径、晶型等特性。另外，经过重结晶的粉体纯度高。但是，水热法要求高温高压，工艺复杂，能源消耗大，要求设备有较高的强度和抗腐蚀性，成本偏高。
1.2.2 高温固相法
固相反应的过程是晶型转变或化合物热分解的过程，属于物理变化和化学变化。Wu等人[24]利用一定计量比的固体氧化物99.975%的Bi2O3和99.9%的SnO2，在玛瑙研钵中研磨并压片之后在725℃下煅烧12个小时得到纯净的BSO样品，并经过性能表征测定得到的样品光催化活性较大。Ravi等人[25]分别将Bi2O3溶解于盐酸、SnCl4溶解于冷的去离子水中，混合，然后加入氨水调节pH为10，过滤并洗涤干燥之后置于873℃下煅烧12小时，通过XRD测试表面得到的是不含杂质的BSO样品，并且其光催化活性较好。影响该反应速率的重要因素有:（1)各种反应固体原料颗粒的表面积及之间的接触面积；（2)产物相的成核速率；(3）离子通过产物物相的扩散速率。要加快其反应速率，必须提高这些因素到最大程度。
此方法有较多的优点，如便于操作、易于控制、成本低等。此外还有不使用溶剂、选择性高、产率高、绿色环保、节省能源、生产设备简单、合成工艺易操作等特点。同时，其缺点是反应效率低，产物不易分离，难以进行大规模工业化生产。
1.2.3 溶胶凝胶法(胶体化学法)
正是由于高温固相法有以上不足，溶胶凝胶法才得以发展。该法应用很广，很多种材料的原料组分都可以制成溶胶一凝胶体系。并且该法可以使反应物在围观水平上实现均匀的混合。其基本的原理是：无机盐溶于有机溶剂之后，水解或结晶形成溶胶，溶质经过反应在一定温度下聚合形成三文空间网络结构的凝胶，然后将凝胶干燥、煅烧，使其中的有机成份除掉，最后得到经过重新结晶形成的超细粉体。由于反应物在原子水平上均匀混合，因此用此法制备粉体可以在温和的条件下进行并且效率高。
溶胶凝胶法有许多优点，产品颗粒均匀纯度高，整个反应的过程操作简单并且容易控制、方便实现工业化等。同时该法在一定程度上也存在着问题，比如，原料成本高，有机物原料可能对人体有害，而且整个的实验过程所需的时间较长，低温或温和条件下纳米颗粒之间很容易发生硬团聚现象并且这种团聚的颗粒难以分散等。N. Venkata chalam等人采用溶胶一凝胶法制备了纳米尺寸的TiO2[26]。
1.3 提高半导体光催化效率的方法
实际上，自光催化材料被发现之后，对其进行改性的研究就没有停过。衡量光催化材料好坏的重要指标有：激发程度、电荷分离速率、电子空穴复合程度、光催化材料的稳定性、光的响应范围使是否对可见光响应等。因此这也是对其改性的切入点。改性的方法有离子掺杂[27-30]、非金属元素掺杂[31-35]、与其他材料形成复合半导体[36,37]、表面负载[38]等。
下一篇：光催化复合纤维膜的制备及催化性能