铋基光催化剂的金属或非金属改性研究进展（英文）

随着经济的快速增长,环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源,受到了许多研究人员的关注,最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知,光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能,为环境污染提供解决方案。因此,半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的最环保的技术之一。铋基半导体材料由于合适的能带结构、丰富的种类、无毒性和低成本,在光催化领域受到欢迎。然而,纯Bi基光催化剂存在光激发电子-空穴对复合效率高、量子产率低和光吸收能力有限的问题,导致光催化性能低。为了克服这些限制,人们设计了各种策略,比如金属或非金属掺杂、金属沉积、异质结构建和诱导缺陷生成来提高它们的光催化活性。在这些策略中,元素掺杂或金属沉积被认为是调整铋基材料能带结构和物化性质的有效方法。这个方法拓宽了光响应范围和提高了光催化性能。这篇综述总结了金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂以及金属沉积改性铋基材料的最新研究进展。它也探索了它们在光催化降解污染物和重金属离子、氮气还原、二氧化碳还原、光催化抗菌等各个领域的应用。关于金属掺杂,我们将其分为三类：碱金属或碱土金属掺杂、过渡金属掺杂和稀土金属...     

铋系半导体光催化材料

近年来,铋系半导体材料因其在可见光辐照下对难降解有机物具有良好的催化作用而成为新型光催化材料的研究热点之一。本文综述了国内外铋系光催化剂的研究动态和主要成果。铋系光催化剂在可见光范围内有明显的吸收,具有较好的光催化活性。此外,大多数铋系光催化剂在反应过程中具有较高的稳定性。通过改进制备方法、掺杂负载、构建异质结等技术,可以有效提高铋系半导体材料的可见光吸收性能或抑制光生电子和空穴的复合,从而进一步提高其光催化性能。尽管铋系光催化剂由于其导带位置比氢的氧化还原电位低,但是通过设计合成新的能带结构可使其满足氧化和还原水的能带要求,从而实现铋系光催化剂在光解水制氢中的应用。最后,对铋系光催化剂未来的发展趋势进行了展望,并强调针对特殊用途和结合量化计算方法对开发新型铋系光催化剂的重要性。     

表界面调制增强铋基催化剂的光生载流子分离和传输

光催化是一种理想的洁净能源生产和环境污染治理技术，在推动未来“碳达峰，碳中和”的实现和调整我国能源结构具有重要意义。层状结构的铋基催化剂因其具有合适的禁带宽度所以在光催化领域中备受关注。然而，低效率的光生载流子的分离与传输过程却限制了其光催化活性。本文简要地总结了通过表界面调控增强铋基催化剂光生载流子分离与传输效率的策略，包括形貌调控、缺陷工程、杂原子掺杂和异质结构建等。特别地，从电子和几何结构角度分析了上述策略对增强铋基催化剂内建电场的强度、构筑内部高效载流子传输通道和延长载流子寿命的作用机制，为进一步研究设计具有高效载流子分离和传输效率的催化剂提供理论参考依据。最后，分析了不同表面界面策略提高载流子分离和传输效率的具体原因以及铋基催化剂在工业应用中面临的挑战和发展前景。     

Z-机制磷酸银/钨酸铋复合物的构建及其可见光催化降解有机污染物(英文)

环境危害不仅对人类健康构成巨大威胁,而且也阻碍了经济社会的快速发展.光催化剂通过利用太阳能来降解污染物为环境问题提供一条理想的途径.光催化剂的制备应该考虑以下几点:(1)对可见光响应;(2)高量子效率和稳定性;(3)安全、廉价、无毒的原材料.早期的一些催化剂如二氧化钛、氧化锌、硫化锌、锗酸锌和磷酸铋等在紫外线照射下表现出优秀的光催化活性.但是紫外光是稀有的,而且对人体健康有害.近年来,对宽带隙半导体的改性如掺杂、贵金属沉积、构建异质结或固溶体催化剂取得了有效进展.遗憾的是,受限于材料的固有属性,有限的改进仍然不能满足实际应用的需求.因此,探索高效稳定的可见光驱动的光催化剂依然是十分有意义的.磷酸银在可见光下表现出超强的光催化降解有机污染物和产氧的能力,但是磷酸银容易受到光腐蚀,光催化活性和稳定性很难维持.另外,磷酸银导带上的电子电势较正,这将导致其很难在光催化过程中被利用.而磷酸银导带上电子的积累会抑制其内部电子空穴对的分离,从而对磷酸银的光催化活性和稳定性造成不利影响.本文选择钨酸铋纳米片与磷酸银复合去抑制电子空穴对的复合和进一步提高磷酸银的活性和稳定性.样品的粉末X射线衍射、能谱和X光电子能谱的分析证实了磷酸银/钨酸铋复合物已经被成功合成.稳态荧光光谱证实了磷酸银/钨酸铋复合物的构建可以作为一种有效抑制电子和空穴对复合的手段.通过对样品进行光催化降解次甲基蓝的实验,我们发现磷酸银/钨酸铋复合材料展现出比磷酸银和钨酸铋更强的光催化活性.其中,磷酸银/钨酸铋光催化降解次甲基蓝的速率为0.61385 min~(-1),这是磷酸银(0.47179 min~(-1))和钨酸铋(0.10270 min~(-1))活性的1.3和6.0倍.同时,磷酸银/钨酸铋表现出耐久的稳定性,在连续五次光降解过程中几乎没有明显的活性损失.进一步通过对磷酸银/钨酸铋复合材料进行光催化活性成分的捕获实验,我们发现空穴、超氧负离子自由基和羟基自由基都发挥了一定的作用.最后,我们讨论了光催化机制,Z-机制光催化机制被认为是合理的.     

碘氧化铋光催化剂的合成、改性及净化一氧化氮

光催化技术因其节能、高效、无二次污染等特点,在低浓度一氧化氮(NO)污染治理方面展现出了巨大潜力。在众多半导体材料中,碘氧化铋(BiOI)光催化剂具有窄带隙和独特的层状结构,有利于可见光吸收和电子空穴对分离,展现出了良好的光催化活性和稳定性,近十几年来备受关注。本文综述了BiOI半导体材料光催化净化NO的最新研究进展,阐述了BiOI晶体形貌与晶面调控对其光催化性能的影响;重点介绍了各类改性方法如表面修饰、离子掺杂、异质结构筑等对BiOI光催化活性的提升机制,并提出了该研究方向所面临的挑战与应用前景,旨在为设计高活性BiOI基光催化材料以及高效处理低浓度NO污染提供理论借鉴与技术支撑。     

二维光催化材料电子结构和性能调控策略研究进展

二维光催化材料具有丰富的表面活性位点、独特的几何结构、可调的电子结构和良好的光催化活性,在环境净化和能源转化等领域具有潜在的应用价值。鉴于此,二维光催化材料的合成方法和性能调控策略得到了快速发展。以往的策略主要集中在形貌和几何结构特征的调节上,实际上并不能完全满足高效稳定的光催化剂的设计需求。通过表面设计构建丰富的活性位点和调整电子结构,可以提高光催化性能及其稳定性。本文从光吸收、电荷分离和活性位点三个方面综述了二维光催化材料的表面设计和电子结构调控策略的研究进展,包括元素掺杂、异质结设计、缺陷构造、单原子修饰、等离子体金属负载等方法,总结了电子结构调控对二维光催化材料净化典型空气污染物反应机理的影响机制。最后,对二维光催化材料研究中存在的问题和挑战进行了分析和展望。     

pH调控水热法合成BiVO_(4)及其可见光催化降解甲基橙

以硝酸铋为铋源,偏钒酸铵为钒源,醋酸钠调节pH值,采用水热法合成光催化剂BiVO_(4),采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对产物进行结构和形貌分析.在可见光条件下,考察BiVO_(4)对甲基橙(MO)的光催化性能.结果表明,在pH值为6.0的条件下合成的BiVO_(4)具有较优的光催化性能,可见光条件下催化反应5 h后,MO的降解率达到98.4%,并且在循环反应5次后对MO的降解率仍在95%以上.因BiVO_(4)良好的光催化活性和稳定性,在废水处理领域有非常广阔的应用前景.     

基于钨(钼)酸铋半导体复合材料的合成及其在光催化降解中的应用

由于全球的工农业的迅速发展,水污染已成为人类所面临的最大危机。基于半导体光催化法是治理水污染的绿色技术之一,能够有效地降解和去除水中的污染物。在众多光催化材料中,金属氧化物半导体由于其具有低毒性、高稳定性和对水溶液中化学腐蚀的较高的抵抗力等优点,而被科学家们广泛地研究和应用。其中,三元组分的金属氧化物因其具有较窄的禁带宽度和可见光响应性质,在光催化降解领域上的能力已经超过其他的金属化合物。本文系统地介绍了两种典型的三元金属氧化物——钨酸铋和钼酸铋,围绕着基于钨酸铋和钼酸铋的复合型催化剂的制备和在光催化降解废水处理领域中的应用以及发展进行了综述,提出了目前关于钨酸铋和钼酸铋的复合材料的设计、机理研究和改性修饰方法中的所存在的主要问题,并对未来的发展趋势进行了展望。     

碳材料修饰铋系光催化剂及其应用

可见光半导体光催化剂具有高效利用太阳能从而解决能源及环境问题的优势,引起光催化及其他领域人们的关注.铋系光催化剂多属于窄带隙半导体材料,能够吸收太阳光谱中的大量可见光.此外,铋系光催化剂独特的层状晶体结构及较深的价带位置决定了其具有较高的催化活性,成为近年来半导体光催化领域研究的热点.碳基质材料由于具有比表面积大、热和化学稳定性高以及导电能力强等物理化学性质而被人们广泛研究.将碳材料与铋系半导体进行复合,两者之间的协同效应能够增强对反应物的吸附量,拓宽对太阳光的吸收范围,加速电子/空穴对的分离,从而提高催化活性.此外,碳材料修饰的铋光催化剂更易被分离及回收利用,可有效降低应用成本,具有潜在的应用前景.本文对近年来利用碳基质材料修饰铋系光催化剂的类型、制备方法、结构与性能、作用机理及其应用研究进行了综述,提出了目前利用碳材料修饰铋系光催化剂在材料设计、机理研究及应用等方面存在的主要问题,并对其未来发展方向进行了展望.     

具有异质结的铋系光催化剂研究进展（英文）

由于人类面临的能源危机与环境污染问题日益严重,光催化技术作为最有可能解决这两大问题的技术而备受关注.其中,光催化剂是光催化技术的核心.开发具有宽光谱响应、高载流子分离效率的光催化剂既是研究热点也是难点.铋系光催化剂具有较强的可见光吸收能力.但是,提高铋系光催化剂对入射光的吸收效率、降低光生载流子复合效率仍是提高其光催化活性的关键.目前主要通过以下策略来解决这些问题:(1)贵金属负载,(2)半导体复合,(3)金属/非金属掺杂,(4)碳材料修饰,(5)铋金属负载等.最后还简要探讨了具有异质结的铋系光催化剂的发展趋势及其潜在应用.采用贵金属负载于铋系光催化剂(构建肖特基结),可以通过等离子体共振效应拓宽铋系光催化剂的光吸收范围,同时贵金属还能有效转移半导体上的光生电子,促进光生载流子的有效分离.但是,采用贵金属负载存在昂贵、容易发生团聚等不足.通过半导体之间构建紧密异质结,不仅可以调节所制备复合催化剂的能带结构,满足不同光催化反应的要求,而且由于内电场的存在可以促进光生载流子定向转移,从而提高光生载流子的分离效率.除此之外,通过杂原子掺杂可以在原子层面上构建异质结结构,也能有效抑制光生载流子的复合.近年来,通过与具有较好导电性能的碳材料复合,可以快速转移铋系半导体上产生的光子,提高光催化剂的活性和量子效率.铋纳米颗粒具有与贵金属类似的性能,通过采用铋金属对铋系半导体进行负载也可以发生等离子体共振效应,从而可以提高铋系半导体的活性.最后,作者展望了铋系半导体复合光催化剂发展的三个重要方向:(1)创制非化学计量比的铋系半导体复合光催化材料;(2)通过与还原能力更强的半导体构建复合光催化材料,实现光催化CO_2还原制备有机物和光催化全解水的应用中去;(3)充分利用铋系半导体化合物具有较强氧化能力的优点,将其应用于光催化有机物合成中,比如光催化甲苯类有机物选择性氧化等.     

具有异质结的铋系光催化剂研究进展

由于人类面临的能源危机与环境污染问题日益严重,光催化技术作为最有可能解决这两大问题的技术而备受关注。其中,光催化剂是光催化技术的核心。开发具有宽光谱响应、高载流子分离效率的光催化剂既是研究热点也是难点。铋系光催化剂具有较强的可见光吸收能力。但是,提高铋系光催化剂对入射光的吸收效率、降低光生载流子复合效率仍是提高其光催化活性的关键。目前主要通过以下策略来解决这些问题：(1)贵金属负载,(2)半导体复合,(3)金属/非金属掺杂,(4)碳材料修饰,(5)铋金属负载等。最后还简要探讨了具有异质结的铋系光催化剂的发展趋势及其潜在应用。
　　采用贵金属负载于铋系光催化剂(构建肖特基结),可以通过等离子体共振效应拓宽铋系光催化剂的光吸收范围,同时贵金属还能有效转移半导体上的光生电子,促进光生载流子的有效分离。但是,采用贵金属负载存在昂贵、容易发生团聚等不足。通过半导体之间构建紧密异质结,不仅可以调节所制备复合催化剂的能带结构,满足不同光催化反应的要求,而且由于内电场的存在可以促进光生载流子定向转移,从而提高光生载流子的分离效率。除此之外,通过杂原子掺杂可以在原子层面上构建异质结结构,也能有效抑制光生载流子的复合。近年来,通过与具有较好导电性能的碳材料复合,可以快速转移铋系半导体上产生的光子,提高光催化剂的活性和量子效率。铋纳米颗粒具有与贵金属类似的性能,通过采用铋金属对铋系半导体进行负载也可以发生等离子体共振效应,从而可以提高铋系半导体的活性。最后,作者展望了铋系半导体复合光催化剂发展的三个重要方向：(1)创制非化学计量比的铋系半导体复合光催化材料;(2)通过与还原能力更强的半导体构建复合光催化材料,实现光催化 CO2还原制备有机物和光催化全解水的应用中去;(3)充分利用铋系半导体化合物具有较强氧化能力的优点,将其应用于光催化有机物合成中,比如光催化甲苯类有机物选择性氧化等。     

Ｂｉ（ Ｎｂ） ＯＣｌ 光 催 化 剂 的 制 备 及 其 可 见 光 降 解罗 丹 明 Ｂ 溶 液 的 性 能

半导体光催化剂作为环境净化材料,具有稳定性好、光效率高、无二次污染等特点,具有广泛的应用前景.过去的研究大都集中在以TiO2为基础的光催化剂上.本文制备了具有层状结构的Bi基氧氯化物Bi(Nb)OCl光催化剂,用XRD、BET和UV-VIS吸收对样品进行了晶相、孔结构和光吸收性能表征,用罗丹明B的降解表征了材料的光催化活性.结果表明,BiOCl和Bi4NbO8Cl均具有可见光光催化降解活性,但两者的反应机理不同,Bi4NbO8Cl是光催化机制,BiOCl是染料光敏化机制.     

铋系半导体光催化剂的光催化性能调控

铋系光催化剂具有良好的光催化性能,由于其Bi6s和O2p的轨道杂化,提高了价带的位置,从而减小了禁带宽度,使得铋系光催化剂在可见光范围内具有明显的吸收,已成为近年来光催化领域研究的热点。铋系光催化剂在可见光区的光催化活性虽然比传统的TiO₂有明显的提高,但其量子效率不高,光生电子-空穴容易结合,对可见光的吸收有限等问题,使其离实际应用仍存在较大的距离。因此,必须采取合适的措施来提高铋系催化剂的光生载流子速率,抑制光生电子-空穴复合,增强对可见光的吸收。本文主要综述了近年来在铋系半导体光催化剂光催化性能调控方面的最新研究进展,重点就铋系半导体光催化剂的形貌控制、特殊晶面暴露、贵金属沉积、离子掺杂、非金属掺杂、半导体复合等方面进行分析和总结,并对铋系半导体光催化剂的发展方向进行展望。     

金属有机框架(MOFs)基光催化剂的设计及其在太阳能燃料生产和污染物降解领域的研究进展（英文）

金属有机骨架(MOFs)具有较高的比表面积,丰富的金属/有机物种,较大的孔体积以及结构和成分可调节的特性,因此在太阳能燃料生产和污染物的光降解领域具有广泛的应用.根据其结构特点,研究者们主要从有机配体和孔道结构两方面对MOFs进行调控:(1)对有机配体进行修饰,如将杂原子、羟基、卤素原子、金属离子、生物大分子等引入MOFs结构;(2)将无机纳米粒子引入MOFs孔道内,如将贵金属、金属氧化物、多金属氧酸盐等纳米粒子封装在MOFs的孔道内.这些策略可有效增强MOFs的导电性、稳定性等,并进一步提高MOFs基催化剂的光催化性能.本文首先概述了四种经典MOFs类型,即UiO, ZIF, MIL和PCN系列的结构特点和催化性能.其次,总结了在设计MOFs基光催化材料过程中,根据不同类型MOFs特点着重考虑的五方面因素,即稳定性、能带结构、吸附作用、选择性和电导性.再次,讨论了提高MOFs基光催化剂活性的策略,如助催化剂修饰、构建异质结、配体或金属中心修饰和缺陷工程.最后,总结了MOFs基光催化材料在催化还原CO₂、分解水制氢和降解有机污染物反应中的应用进展及影响其催化性能的...     

二维黑磷基纳米材料在光催化中的应用

黑磷是继石墨烯之后又一种新型的单元素二维材料。具有独特的层状结构、超高的载流子迁移率和由层厚调控的禁带宽度,在光催化领域具有广阔的应用前景。然而,单一黑磷材料的禁带宽度较窄( ≤ 1.5 eV),光生载流子极易复合,导致其光催化性能较低。另外,黑磷表面的磷原子易与环境中的氧气发生反应形成P_xO_y,降低了黑磷材料的稳定性。因此,较低的催化性能和不稳定性极大地限制了黑磷材料的实际应用。针对上述问题,可以通过将黑磷材料与其他材料复合形成一系列的等离子体复合材料和多维异质结的方式,来提高光催化剂的活性和循环稳定性。本文综述了近年来二维黑磷纳米片与金属、半导体和碳材料等复合后形成的复合材料在光催化裂解水产氢、降解有机污染物、CO₂还原和固氮等方面的研究进展。最后,对未来二维黑磷基光催化材料的研究方向进行了分析和展望。     

层状双金属氢氧化物(LDH)基光催化剂在太阳能燃料生产领域的研究进展

半导体光催化剂吸收太阳光分解水制氢或还原CO2,实现了太阳能燃料生产,不仅可获取清洁、可再生、高热值的太阳能燃料,还能有效减少CO2的排放.层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类基于水镁石结构的二维阴离子黏土矿物材料,具有独特的层状结构、主体层金属阳离子可调性、客体阴离子可交换、多维结构和可分层等优势,在CO2还原、光电催化水产氧及光解水制氢等领域研究广泛,有望成为新型半导体光催化材料.但单纯LDHs载流子迁移率低和电子空穴复合率高,在太阳辐射下的量子效率非常低.因此,研究人员采用缺陷控制、设计多维结构或偶联不同类型半导体构建异质结等方法,获得高能量转换效率的LDH基光催化剂.本文首先总结了传统光催化剂的优缺点及其能带分布,阐述了LDHs的六个主要方面特性,包括主体层板金属阳离子可调性、客体阴离子插层、热分解、记忆效应、多维结构特征及分层,进而提出LDH基光催化材料在增强反应物吸附活化、扩宽吸光范围、抑制光生载流子与空穴复合三个方面的改性策略.然后,分析了LDH光催化剂的光催化水解产氢反应机理,并从材料结构与性能的关联,概述LDH基复合光催化剂(金属硫化物LDH复合材料、金属氧化物LDH复合材料、石墨相氮化碳LDH复合材料)、三元LDH基光催化剂及混合金属氧化物光催化剂在水分解制氢领域的研究进展.最后,分析了LDH光催化还原CO2反应机理,归纳石墨相氮化碳复合LDH材料、MgAl-LDH基复合光催化剂、CuZn-LDH光催化剂及其它半导体系列LDH的结构特点和在还原CO2领域的研究进展.尽管LDH基光催化剂研究取得了一定的进展,但是对LDH的结构调控及其光催化机理仍需进一步探索,光催化活性位点、不同组分之间的协同作用和界面反应机理还有待进一步研究.未来LDH在光催化领域的应用可以微观尺度调控和宏观性能为导向设计,进一步研究不同组分的协同效应、界面反应及材料组成对物理化学性质的影响,不断完善LDH基光催化剂的理论系统和开发其应用潜能.     

共价有机框架材料在光催化CO2还原中的应用

全球范围内化石燃料的大量消耗导致了能源危机,同时其所排放的CO₂等温室气体使环境问题日渐突出。将CO₂等废气进一步转化为高附加值燃料是解决能源与环境问题的理想方案。利用取之不尽的太阳能作为能源实现光催化CO₂还原为能源化合物被认为是有效解决此问题的最佳途径之一。共价有机框架材料(COFs)是一类新型晶态多孔有机聚合物材料,具有结构稳定性、可设计性和结构多样化的特征,因此在光催化CO₂还原领域表现出了巨大潜力。本文概述了近年来COFs在光催化CO₂还原领域中的催化应用研究进展,包括引入不同金属离子提供活性位点、增加光敏性官能团提高其对可见光利用率等方法。最后对以COFs材料为光催化CO₂还原催化剂的研究进行了总结和展望,我们认为更进一步的新材料合成、修饰与催化机理研究仍是前景广阔的研究领域。     

功能化Cu2O光催化研究进展

光催化技术是利用太阳能解决能源短缺和环境污染等问题的有效方法之一.因此,开发一种具有高效光催化活性的光催化材料具有重要意义.Cu₂O是一种窄带隙的P型半导体材料,因其成本低、制备方法简单以及高可见光活性被广泛应用于光催化、传感和储能材料等领域.本文主要结合氧化亚铜光催化机理概述了功能化氧化亚铜光催化性能研究进展,介绍了杂原子掺杂、贵金属负载、半导体复合、碳材料复合以及三元复合材料等改性方法,最后对氧化亚铜基光催化材料的应用前景做出了展望.     

含氧空位缺陷钨酸铋光催化产氢性能研究

新型半导体光催化剂钨酸铋是目前研究广泛的光催化剂,但因其电子空穴对易复合的问题,限制了光催化产氢性能。为解决这一问题,采用锂-乙二胺溶液在钨酸铋表面构筑可控氧空位缺陷和金属缺陷。通过材料表征对比了钨酸铋经锂-乙二胺处理前后的变化,并对两者进行了产氢速率测试。钨酸铋在经过锂-乙二胺处理过后产生了氧空位缺陷和降价的金属中心,材料颜色从原先的黄白色转变为黄棕色,增强了光吸收能力。颗粒的主体结构以及物质成分并未发生变化,仍保持花球状颗粒结构,但处理后钨酸铋颗粒表面原先的光滑的片状结构变得粗糙,且方形纳米薄片锋利边缘变光滑,提高了光催化反应面积。这些变化使锂-乙二胺处理后的钨酸铋光催化产氢性能相比未处理之前得到了一定的提升。     

物理混合法制备分级混晶TiO2微纳米材料及其光催化性能

通过物理混合法可控合成了分级混晶TiO₂微纳米材料, 采用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射仪(XRD)、 X射线光电子能谱仪(XPS)和固体紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等对该微纳米材料进行了表征, 并评价了不同混晶比材料的光催化性能. 结果表明, 所得材料是由均匀负载金红石纳米颗粒的锐钛矿纳米片组装的三维分级结构. 其具有很高的光催化活性, 分级结构和混晶异相结的同时引入是提高材料光催化活性的关键.