Bi/Bi¬2O3异质结光催化剂的制备表征及其光催化性能(2)
1.2 Bi2O3简介
Bi2O3是Bi的重要的氧化物，是一种p型半导体，它有四种晶型[6]，包括单斜的α-Bi2O3、四角的β-Bi2O3、体心立方的γ-Bi2O3和δ-Bi2O3。其中α-Bi2O3是热力学最稳定的状态，α-Bi2O3能够在温度730℃以下的状态下稳定存在，δ-Bi2O3在温度为730-825℃以内的范围稳定存在，而650℃下则会存在β-Bi2O3和γ-Bi2O3两种亚稳态化合物。Bi (III) 中的6s2孤对电子的作用能够使得Bi2O3 ( Bi－O键) 具有较强的极化作用和变形性，可以促进光生电子和空穴对的生成以及载流子迁移［7］，因此，Bi2O3 被认为是一种极具潜力的光催化剂，研究表明，在α-Bi2O3的催化下，可见光照射2小时可使4－氯苯酚降解95%，其催化性能高于相同的条件下的碳掺杂TiO2催化剂［8］，Huang B研究发现，α-Bi2O3、β-Bi2O3 和δ-Bi2O3在光照下降解甲基橙及4－氯苯酚的催化效率远高于氮掺杂TiO2，催化活性顺序可表示为δ-Bi2O3 ＜α-Bi2O3 ＜β-Bi2O3，且催化活性与α-Bi2O3、β-Bi2O3 和δ-Bi2O3能带宽度有关［9］，改变Bi2O3形貌也可以有效地提高其光催化性能。马占营等以天然棉花为模板，运用热处理工艺成功地制得了具有网状结构的三斜晶相的Bi2O3光催化材料，对其进行在可见光照射下降解亚甲基蓝（MB）的实验，结果显示该产品比普通的粉体的Bi2O3具有更好的催化能力，在100分钟后能使MB的脱色率达到93%左右，并且有更好的重复使用性，重复使用四次之后仍可以使MB的脱色率达到85%以上[10]。Wang W等利用NH4VO3 为模板制备出具有高催化活性的多层级花状Bi2O3催化剂，其在可见光下催化降解罗丹明效率为普通Bi2O3 的6～10倍［11］，Bi2O3纳米线也具有很高的催化性能，其可见光降解罗丹明B的效率远远高于TiO2［12］，结晶度高也有助于提高光催化剂活性［13-14］。因为α-Bi2O3是常温下最稳定的相态，且禁带宽度为2.85eV，所以在光催化方面具有巨大的潜力。但是研究表明α-Bi2O3的光生电子和空穴的复合几率非常高，在可见光下的光催化性能很弱，达不到应用的要求。所以如何对α-Bi2O3进行改性以提高它的光催化活性是Bi2O3研究的一个重点。
1.3 Bi2O3光催化剂的改性
Bi2O3光催化剂的改性方法主要有三种Bi2O3基复合光催化剂、掺杂Bi2O3光催化剂和表面修饰Bi2O3量子点光催化剂。
1.3.1 Bi2O3基复合光催化剂
Bi¬2O3基复合光催化剂的主要催化原理为其它光催化剂和Bi2O3复合，通过两者能带位置的差异抑制光生电子与空穴的复合，调控对光的响应，从而提高光催化效率以及抗光腐蚀的能力。Fu D进行了Bi2O3、TiO2和Bi2O3/ TiO2三种催化剂的光催化性能的对比试验[15]，结果发现Bi2O3/ TiO2催化剂在太阳光照射下催化降解偶氮染料X－3B的速率大于TiO2和Bi2O3，且在循环使用6次后催化性能只有微弱的减少，这说明该产物即具有优良的光催化性能又具有良好的抗光腐蚀能力。
任泉霖等人采用低温水热法制备获得Bi2O3/BiOCl光催化剂材料，将所得的样品进行在紫外光照射下降解罗丹明的实验以测试该材料的光催化性能。无光照无催化剂没有任何催化剂的罗丹明B溶液的光降解非常缓慢，表明罗丹明B溶液作为模拟污染物稳定性非常好。催化剂的光催化活性随着n(Bi)/n(Cl)摩尔比的增大Bi2O3/BiOCl的光催化活性显著增强，在n(Bi)/n(Cl)=1.75时制备的n(Bi)/n(Cl)异质复合光催化剂具有最高的光催化活性， 但是n(Bi)/n(Cl)=2时光催化活性有所降低[16]。该实验说明Bi2O3/BiOCl的恰当比例复合能使得该材料在紫外光下具有优异的光催化性能。
1.3.2 掺杂Bi2O3光催化剂
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