BiOI基复合光催化材料的研究进展*

赵高禹，李　龙，田　甜，胡茹娟

(贵州工程应用技术学院化学工程学院，贵州　毕节　551700)



BiOI基复合光催化材料的研究进展*

赵高禹，李龙，田甜，胡茹娟

(贵州工程应用技术学院化学工程学院，贵州毕节551700)

因其特殊的层状结构和合适的禁带宽度，BiOI显示出了优异的可见光光催化性能。通过半导体的复合制备BiOI基复合光催化材料来提高BiOI的光催化活性是当前BiOI光催化研究的主流。本文主要综述了BiOI基复合光催化材料的制备方法、结构、形貌以及光催化活性和机理的最新研究进展，并展望了其发展趋势。

碘氧化铋；可见光；复合材料；光催化降解

光催化技术是从20世纪70年代发展起来的通过催化剂利用光子的能量，将许多需要在苛刻条件下发生的化学反应转化为在温和的环境下进行反应的先进技术，由于它在解决当前人类所面临的能源短缺和环境污染方面的巨大潜力，近年来受到了广泛的关注[1-4]。作为最早发现的光催化材料，TiO2是当前众多的光催化材料中受到最多关注的一种，用于污水处理、空气净化和保洁除菌等领域具有无污染，无毒，卫生安全等特点。但同时由于它的禁带宽度较大(约3.2 eV)，TiO2只能对紫外光响应，而紫外光能量仅占太阳光的5%左右，所以TiO2的实际应用受到了极大的限制。因此开发对可见光响应的光催化材料是光催化发展的重要趋势。

近年来，BiVO4[5], g-C3N4[6], BiOI[7], Ag3VO4[8], Ag3PO4[9]等对可见光响应的光催化材料相继被开发出来，其中，BiOI是一类具有层状结构的光催化材料，因其优异的光催化性能而备受关注[10-11]。研究发现BiOI的光催化活性与其微观结构，如晶相、粒子大小、形态等密切相关[12]。限制光催化材料大规模使用的重要因素包括其催化活性或稳定性。当前的研究中，科学家们主要通过两种策略来提高光催化材料的催化活性或稳定性，一种是通过控制反应条件，如温度、pH值、加入表面活性剂等来控制光催化剂的形貌、粒子大小、晶相等微观结构，进而提高光催化材料的活性或稳定性；另一种是通过半导体的复合来提高光催化材料的活性或稳定性。

在对BiOI基光催化材料的研究中，通过半导体的复合来制备具有更好光催化活性的复合材料，从而提高BiOI材料的光催化活性是当前BiOI研究的主流，下面主要对BiOI基复合光催化材料的最新进展进行概述。

1　BiOI基复合光催化材料的制备方法、形貌及特点

制备BiOI基复合光催化材料的方法主要有沉积沉淀法、水热法、光还原沉积法、离子交换沉积法和化学蚀刻法等，其中沉积沉淀法是合成BiOI及BiOI基复合光催化材料最常用的方法(表1)。Wu Deyong等[13]采用沉积沉淀法制备了纳米片状的BiOI/BiVO4复合光催化材料，在可见光照射下具有优异的降解甲基橙的活性，其降解速率大概是纯BiOI的2.1倍，BiVO4的19.5倍。Aziz Habibi-Yangjeh等[14]制备了可磁分离的三元复合光催化材料g-C3N4/Fe3O4/BiOI，对罗丹明B的光降解实验证明g-C3N4/Fe3O4/BiOI (20%)具有最好的光催化活性，而且循环实验表明该复合材料具有良好的磁回收性和稳定性。Fang Jianzhang等[15]通过简单的水热法制备了BiOI/Bi2Sn2O7复合光催化材料，并通过XRD, TEM, HRTEM, BET, XPS, UV-vis DRS，PL等手段表征了其结构、形貌以及光学性质，光催化测试表明BiOI/BSO具有优异的降解罗丹明B的活性。采用光还原沉积法，Cao Jing等[16]实现了花状Ag/BiOI复合光催化材料的可控制备，探讨了BiOI的形貌对于Ag量子点生长的影响，并研究了在可见光照射下该材料催化降解甲基橙的活性。Yu Jiaguo等[17]采用简单的自组装沉积法，将微球状的BiOI沉积到氧化石墨烯(GO)上，制得了BiOI-GO复合材料，该材料显示了比BiOI更高的在可见光照射下催化降解苯酚的活性。Cheng Xiaofang等[18]通过离子交换沉积法，将BiOI与另一种具有优异光催化活性的材料Ag3PO4相结合，制得了复合光催化材料Ag3PO4/BiOI，研究表明该复合材料具有比单组份Ag3PO4和BiOI更优异的催化降解罗丹明B、亚甲基蓝和甲基橙的活性。XuWenguo等[19]采用简便的沉积沉淀法制备了复合材料BiOI/Bi2MoO6，该材料对于亚甲基蓝和双酚A具有优异的光降解活性，借助光致发光光谱和电化学交流阻抗谱，对该光催化剂的降解机理进行了深入的研究。Zhu Yongfa等[20]利用水热法制备了复合光催化材料BiPO4/BiOI，通过BiPO4供体和BiOI受体之间的电荷转移，BiOI对典型的有机污染物苯酚的矿化能力得到了很大的提高，这为高效光催化复合材料的设计提供了一定的参考。Sun Cheng等[21]通过简便的溶剂热法制备了对孔雀石绿等有机污染物具有优异的吸附-光催化双功能的复合材料BiOI/Ag3VO4，这为环境净化材料的设计提供了一种新的途径。Luo Jin等[22]采用水热法制备了可见光驱动的WO3/BiOI异质结光催化剂，对甲基橙具有优异的降解活性，并基于实验的结果提出了光催化反应的反应机理，这为更高效光催化材料的设计铺平了道路。Tong Meiping等[23]采用溶剂热过程，接着通过原位离子交换法制备了BiOI/AgI复合光催化材料，研究表明该催化材料在可见光照射下18 min内能使5×107CFU·mL-1的大肠杆菌细胞完全失活。这种复合材料可能应用于杀灭水中的细菌，甚至是在高盐度的条件下。He Chun等[24]采用溶剂热法将BiOI沉积到Al2O3上，制备了BiOI/Al2O3复合光催化材料，并将其应用于NO和SO2的去除，去除率能达到100%，而且性能很稳定，具有良好的应用前景。Yu Jianqiang等[25]采用水热法制备了具有3D层状微球结构的新型的p-n异质结光催化剂Bi2WO6/BiOI，该材料能在60 min之内杀灭几乎全部的(99.99%)绿脓杆菌、大肠杆菌和金黄色酿脓葡萄球菌，以及使亚甲基蓝的降解率达到100%，该研究将对用于海洋防污的高效异质结光催化剂的设计提供重要的信息。Zhang Yuanming等[26]通过有效的电沉积法制备了P-N结BiOI-BiVO4，由于协同效应，在水的光电解中该复合材料相比BiVO4具有更优异的性能，是一种具有应用前景的材料。Chai Bo等[27]通过简便的离子交换沉淀法制备了BiOI/BiOCOOH复合光催化材料，该材料在可见光照射下具有优异的催化降解罗丹明B的活性，而且实验证明在pH=3.2时活性最佳。

表1　BiOI基复合光催化剂的类型、制备方法及特点Table 1　Type, preparation method and feature of BiOI-based photocatalytic composites

2　BiOI基复合光催化材料的活性和机理

BiOI基复合光催化材料之所以比单纯的半导体材料具有更高的光催化活性，归因于BiOI与其能带匹配的半导体行成的异质结促进了光生电子-空穴对的有效分离和载流子的迁移。下面我们以BiOI/Bi2MoO6为例，简要阐述BiOI基复合光催化材料在可见光照射下催化降解亚甲基蓝等有机污染物的机理[19]。

光催化剂BiOI/Bi2MoO6在催化降解MB的过程中表现出了一种发生在BiOI纳米片和Bi2MoO6微球之间的协同效应(图1)。

在可见光的照射下，高能的光子将电子从BiOI和Bi2MoO6的价带激发到导带，Bi2MoO6上的光生电子可以自由地转移到BiOI的表面，而空穴能方便地转移到Bi2MoO6的价带上。因此，光生电子和空穴在BiOI和Bi2MoO6之间实现了有效的分离，光催化活性得到了提高。接下来，Bi2MoO6价带中的空穴能氧化H2O或OH-生成·OH自由基，·OH自由基进一步氧化MB生成CO2、H2O。与此同时，BiOI导带中累积的电子转移到吸附在复合材料表面的O2，与H2O作用生成·OH自由基，最后与MB作用实现MB的降解。

图1　BiOI/Bi2MoO6复合光催化剂光催化降解机理示意图

3　结　语

BiOI基复合光催化材料具有特殊的物理和化学性质, 使其具有优异的可见光催化性能, 符合光催化材料未来发展的趋势。近年来, 在BiOI基复合光催化剂的制备方法、结构表征、性能测试、机理研究等方面, 特别是在可见光光催化降解染料等有机污染物以及杀灭细菌方面取得了一些重要的进展。可通过调控组成、形貌和结构等多种策略进一步提高BiOI基复合光催化材料的光催化性能，以得到催化活性更好的光催化材料。相信随着光催化研究的不断推进，BiOI基复合光催化材料将在水污染治理和大气污染治理等环保领域显示出广阔的应用前景。

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Research Progress on BiOI-based Photocatalytic Composites*

ZHAO Gao-yu, LI Long, TIAN Tian, HU Ru-juan

(School of Chemical Engineering, Guizhou University of Engineering Science, GuizhouBijie551700, China)

Due to its special hierarchical structure and suitable band gap, BiOI exhibits excellent photocatalytic properties. Through the preparation of BiOI-based photocatalytic composites to improve the photocatalytic activities of BiOI is the mainstream of BiOI photocatalytic researches. Latest research progresses on the preparation methods, structures, morphologies and photocatalytic activities and mechanisms of photocatalytic composites were reviewed. The development trend was also presented.

Bismuth oxyiodide; visible light; composites; photocatalytic degradation

贵州省科学技术基金项目(黔科合J字[2015]2055号)；贵州工程应用技术学院高层次人才项目(No.2015002)。

赵高禹(1983-)，男，博士，讲师，主要从事光催化材料的制备和性能研究。

TB321

A

1001-9677(2016)013-0018-03