铋氧化物晶相及形貌的控制合成以及光催化性能研究(4)
1.2.2催化剂活性的提高的方法
氧化铋催化剂活性的提高可以从制备方法的改良和催化剂本身的改性方面入手。光催化剂本身的结构因素主要是指催化剂的晶体尺寸、形貌、能带结构等。制备的方法则指反应体系 pH 值、反应发生的条件、反应时间等等。总之无论如何都是要达到对可见光的吸收、降低带隙值、抑制电子-空穴的再结合的效果，以使得氧化铋催化剂光催化性能的提高。
目前对于氧化铋催化剂的制备方法改良也有了一些研究结果，Zhang 等[17]利用超声波合成出禁带宽度为2.85eV、40～100nm 粒径的α-Bi2O3，100min 时对甲基橙的降解率可以高达86%，催化效率高于较微米级的α-Bi2O3 和P25；高跃生等[18]以普通微米级氧化铋粉末作为原料，利用高频等离子体为热源，以此制备出禁带宽度仅为2.25eV 的正方晶系Bi2O3。
催化剂本生改性手段有，负载贵金属例如Ag、Au、Pt ，也可以制备复合半导体催化剂
Wu［19］等用溶胶－ 凝胶法制备了Fe3 + 掺杂的Bi2O3膜，有效降低空穴-电子对的复合率。光照15 分钟复合膜对罗丹明B 的去除率为98%，比纯Bi2O3膜高40%。
1.3 主要铋系光催化剂
目前已经报道的铋系半导体光催化剂主要包括: 氧化铋，卤氧化铋[20]，铋的含氧酸盐( 包括钒酸铋[21]、钨酸铋[22]、钼酸铋[23]、钛酸铋[24]等) 以及一些复合型含铋催化剂[25]等。它们的共同特点和显著优势就是在可见光范围内有吸收，具有良好的光催化性能。
卤化氧秘(BiOX,X=C1, Br,I)是—种高效的新型半导体光催化材料,其自身具有独特的电子结构、层状的原子排布，催化活性很好尤其是碘氧化铋。
1.4 光催化原理
简单的来说，光催化就是半导体光催化剂在室温下能直接利用光能，并且发生氧化还原过程，在此过程中利用太阳能作为氧化还原过程的能量来源，以此可以在光作用下发生光降解有机物质。
半导体能成为理想的光催化剂，是由于材料本生具有良好的光电特性以及特殊的电子结构。我们知道半导体材料的导电能力介于导体与绝缘体之间半导体由低能价带与高能导带组成，价带与导带之间由禁带阻隔。
图1-2 光催化的原理图
光催化过程则大致可以分为三个过程，过程一，溶液中加入光催化剂，在光照射时，光子的能量hν 大于半导体的禁带宽度 Eg，催化材料中电子吸收光子能量发生跃迁，由价带电子(e)跳到导带，价带形成空穴(h+)。这样一来就形成一个电子-空穴对。过程二，电子-空穴对存在时间足够使得光生电子以及光生空穴各自迁移至半导体表面，并发生转移继而完成反应。过程三，空穴具有很强的得电子倾向，夺取催化剂表面物质的电子，使得表面物质被氧化。而电子受体则可以则被附着在催化剂表面的物质所接受，使得物质被还原。这样一来光生空穴与光生电子则是光催化过程中氧化还原反应的前提。光照后产生的光生电子-空穴并非
都全发生了氧化还原反应，光生电子-空穴也可能提前就发生复合[26-28]，，其过程如图1-2所示。
1.5 研究意义与目的
二十一世纪,环境资源带来的困扰，是全人类所共同面临和急需解决课题。在现阶段治理过程中，半导体光催化材料在室温条件下能够直接利用太阳能作为能量来源来活化源,进而发生氧化-还原反应,不但能够氧化分解有毒有害的有机物, 并且产物为无污染无毒害作用的小分子物质，并且无二次污染、降解程度高，还能过还原多种重金属离子,同时还能够除臭、防腐、杀菌等，因此光催化剂具有良好的发展前景。
人们对光催化的研究进行了一系列成功的探索。早期光催化研究集中在TiO2，它具有催化活性高、稳定性好、价格便宜、无毒等优良特性。但是TiO2的催化效率并不理想，这是由TiO2的自生结构决定的，TiO2只能吸收光源中很少一部分的紫外光，所以这就使得我们需要寻求其他的更好效果的催化剂来取代TiO2。
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