淺談可見光鉍系光催化劑的應(yīng)用

張博文

【摘 要】可見光鉍系光催化劑是一種新型催化劑，在處理難降解的有機(jī)物上，表現(xiàn)出了良好的活性。本文針對(duì)目前市面上常見的幾種可見光鉍系光催化劑的特點(diǎn)、作用等進(jìn)行了介紹，并指出在未來階段下可見光鉍系光催化劑的應(yīng)用方向。

【關(guān)鍵詞】可見光鉍系光催化劑；類型；應(yīng)用；趨勢(shì)

鉍系催化劑作為新型的光催化材料，目前在光催化領(lǐng)域一直備受關(guān)注。光鉍系催化劑有著良好的可見光催化活性，是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，本文就可見光鉍系光催化劑的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行分析。

1 氧化鉍催化劑

氧化鉍催化劑是以超聲化學(xué)聯(lián)合方法合成納米氧化鉍粉末，能夠在可見光的照射下，使甲基橙降解率達(dá)到百分之八十六，生成氧化氮、二氧化氮和二氧化碳等無機(jī)物，具有可見光催化活性。近幾年對(duì)氧化鉍光催化劑的報(bào)道主要在氧化鉍的金屬離子摻雜改性上。

氧化鉍單獨(dú)作為催化劑的催化效果不太明顯，目前主要是研究鈦酸鉍系列化合物，鉍與其他金屬?gòu)?fù)合，可以組成新的固溶體化合物，表現(xiàn)出了優(yōu)越的物理和化學(xué)性能。

2 鈦酸鉍系列催化劑

氧化鉍和氧化鈦復(fù)合形成多種晶相結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物，都被稱為鈦酸鉍化合物，研究者對(duì)其獨(dú)有的晶體和電子結(jié)構(gòu)光催化性能的研究，投入了大量的精力，取得了豐碩的成果。研究結(jié)果顯示，在紫外線的影響下，鈦酸鉍催化劑可以產(chǎn)生更加理想的光催化效果，但是很少有學(xué)者針對(duì)可見光對(duì)于鈦酸鉍系列催化劑性能的影響展開研究，相關(guān)的研究是近年來才開展。

對(duì)于氧化鉍和氧化鈦，都可以應(yīng)用固相合成方法進(jìn)行制備，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，物質(zhì)量不同，那么形成的晶體結(jié)構(gòu)也存在差異。隨著量比的增長(zhǎng)，BTO禁帶寬度變窄，可見光的相應(yīng)范圍反而變寬。

鈦酸鉍系列的化合物在可見光下也具有光催化活性，能夠分解有機(jī)物，但是由于鈦酸鉍結(jié)構(gòu)的多樣性以及合成條件是非常多樣的，常用的方法有固相合成法、化學(xué)溶液分解法、水熱合成法等等，目前，人們對(duì)此類型化合物的研究還有待深入，相關(guān)的研究還處于初級(jí)階段，有待進(jìn)一步的完善。

3 鎢酸鉍系催化劑

鎢酸鉍系催化劑有著獨(dú)特的電子多功能性與分子多功能性，穩(wěn)定性非常高，有著良好的發(fā)展前景，鎢酸鉍系催化劑是基于研究人員對(duì)可見光照射下降解燃料污染物的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在氧化鉍層之中，需要添加鈣鈦礦層，這可以有效提升可見光吸收性，目前，研究人員針對(duì)鎢酸鉍系催化劑表面積與結(jié)晶度的改善進(jìn)行了深入的研究，相關(guān)人員開始將納米技術(shù)引進(jìn)到其中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著溫度的上升，三、鎢酸鉍系催化劑結(jié)晶度也會(huì)上升，表面積減少，在200℃的環(huán)境下，納米片中的納米晶會(huì)與之形成異質(zhì)結(jié)，并產(chǎn)生電荷，提高了催化劑的使用壽命。

4 鉬酸鉍系催化劑

鉬酸鉍的類型非常多樣，每一種相，都有不同的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)，有的鉬酸鉍氣體傳感性能好，有的鉬酸鉍光催化活性較好。在2008年，鉬酸鉍研究成功，2010年，Zhang等合成了正交晶系Bi2MoO6顆粒，通過可見光降解亞甲基藍(lán)，120min后降解率達(dá)到90%.表明活性依賴于晶體形狀、晶體尺寸和結(jié)構(gòu)。

5 復(fù)合型催化劑

半導(dǎo)體催化劑能隙寬帶，會(huì)直接影響光的響應(yīng)范圍，元素類別不同，也會(huì)形成相應(yīng)的雜化軌道，這些軌道會(huì)影響正常的光生空穴，繼而降低光生空穴以及光生電子的復(fù)合率，與此同時(shí)，提高光催化活性。針對(duì)這一問題，研究人員開始將雜化軌道引入到價(jià)帶能級(jí)的研究中，也取得了豐碩的成果。目前，人們已經(jīng)成功研制出鉍元素與其他金屬的復(fù)合催化劑，在光激發(fā)之后，表現(xiàn)出了良好的性能。

釩鉍鈉和硝酸鉍也是一種理想的釩酸鉍催化劑，屬于納米級(jí)催化劑，其催化效果會(huì)受到水熱時(shí)間與水熱溫度等因素的影響，繼而干擾光催化的效果以及催化劑結(jié)構(gòu)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，160度的水熱反應(yīng)經(jīng)過12小時(shí)，合成了釩酸鉍，在500瓦的氙燈光照下若丹明B染料被降解，光照120分鐘，降解率大約是百分之九十。Zhou L等用高強(qiáng)度的超聲方法合成釩酸鉍，可見光照射下能夠?qū)θ舻っ鰾降解，經(jīng)過150分鐘光照后，降解率大約達(dá)到百分之五十五。

釩酸鉍具有三種結(jié)構(gòu)，單斜晶結(jié)構(gòu)、四方晶的scheelite結(jié)構(gòu)和四方晶zircin結(jié)構(gòu)。經(jīng)過研究證明，只有單斜晶結(jié)構(gòu)的釩酸鉍具有光催化活性，這可能是由于其所含有的BI--o多面體結(jié)構(gòu)的特有的畸變?cè)斐傻摹hang L等利用水熱合成的具有單斜晶結(jié)構(gòu)的釩酸鉍，在太陽(yáng)光照下降解若丹明B，經(jīng)過光照180分鐘，降解率達(dá)到百分之七十。

6 固溶體型催化劑

Yao W F 等應(yīng)用固相合成法，成功生產(chǎn)出化合物，在X值相同時(shí)，隨著合成溫度的升高，催化劑活性反而會(huì)下降，究其根本原因，是由于在高溫環(huán)境下，V、Bi與Mo元素出現(xiàn)揮發(fā)，增加了合成催化劑陷位，如果在其中增加催化劑，可見光照射分解水，產(chǎn)生氧氣的初始速率要遠(yuǎn)高于釩酸鉍。合成的這一系列固溶化催化劑，在紫外線的作用下，會(huì)表現(xiàn)出良好的光催化活性，但是關(guān)于可見光光催化活性的研究，還處于初級(jí)階段。

根據(jù)研究顯示，可見光的存在可以顯著提升可見光鉍系光催化劑的活性，達(dá)到降解污染物的目的，有著廣闊的發(fā)展前景。近年來，研究人員針對(duì)可見光鉍系光催化劑的能帶結(jié)構(gòu)、組成結(jié)構(gòu)、降解機(jī)理等問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)于提高催化劑活性，發(fā)現(xiàn)新型催化劑，有著極為重要的意義。此外，催化劑合成方法的選擇對(duì)于催化劑結(jié)構(gòu)形成也有重要影響，在催化劑活性的提高上具有重要的作用，以后對(duì)合成方法的研究和創(chuàng)新將會(huì)成為研究可見光催化的熱點(diǎn)問題。不同類型的可見光鉍系光催化劑，在降解針對(duì)性與選擇性方面，存在較大的差異，在未來階段下，關(guān)于可見光催化的研究重點(diǎn)，會(huì)集中在光催化活性評(píng)價(jià)的評(píng)估、新型高效光催化劑、催化激勵(lì)以及負(fù)載技術(shù)的研究上。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]