孔 婷，張金牛，姜紫赫，魏秀梅，李金萍

(1 西安郵電大學(xué) 理學(xué)院，陜西 西安 710121；2 陜西師范大學(xué) 物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710119；西安市光信息調(diào)控與增強(qiáng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710119)

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題已引起世界各國(guó)的高度關(guān)注[1]。半導(dǎo)體光催化技術(shù)是緩解環(huán)境污染問(wèn)題的有效途徑之一，包括水分解、CO2還原、有機(jī)污染物降解等“綠色”技術(shù)[2-3]。1972年，F(xiàn)ujishima等首次發(fā)現(xiàn)在光催化劑TiO2的輔助下，水在可見光照射下可以分解成H2和O2[4]，自此半導(dǎo)體光催化的研究逐漸展開。但TiO2作為傳統(tǒng)的光催化劑，由于具有較高的帶隙能量(3.0～3.2 eV)，對(duì)可見光的利用率較低[5-7]，因此如何有效地利用自然光源，開發(fā)高選擇性、高光催化活性的微納體系是研究者普遍關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

鉍基化合物BiOX(X=Cl, Br, I)作為新型半導(dǎo)體光催化劑，是近年來(lái)研究最廣泛的光催化材料之一[8]。BiOX具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)，其中鹵素原子層和Bi2O2層交替堆疊形成內(nèi)部電場(chǎng)，可以極化相關(guān)的原子和軌道，有效促進(jìn)載流子的分離，從而使BiOX具有良好的光催化活性。其中，BiOI的光學(xué)帶隙最小(～1.8 eV)，呈現(xiàn)較強(qiáng)的可見光吸收，但是對(duì)于純BiOI半導(dǎo)體，其電子和空穴容易發(fā)生復(fù)合，阻礙BiOI半導(dǎo)體光催化劑的發(fā)展及應(yīng)用[9]。Hao等[10]通過(guò)制備BiOI微米球去除鹽酸四環(huán)素，發(fā)現(xiàn)BiOI在可見光照射下呈現(xiàn)出增強(qiáng)的光催化降解能力，Long等[11]通過(guò)在室溫制備新型多孔層狀BiOI，發(fā)現(xiàn)其去除RhB的性能高達(dá)98.7%。因此，通過(guò)不同的技術(shù)可制備出不同形貌的BiOI微米和納米結(jié)構(gòu)，比如微米球、納米片、納米板、納米片陣列、量子點(diǎn)等，其具有較好的可見光誘導(dǎo)的光催化活性，可有效地降解有機(jī)污染物[12-13]。而且，采用合理的調(diào)控方法可以提高載流子的分離效率，改善BiOI對(duì)可見光誘導(dǎo)的光催化活性，包括：空位缺陷、過(guò)渡金屬離子摻雜、貴金屬納米顆粒負(fù)載、異質(zhì)構(gòu)建等[14-15]。

大多數(shù)研究者聚焦于對(duì)BiOI微納結(jié)構(gòu)光催化性能的改善，缺乏對(duì)調(diào)控機(jī)理系統(tǒng)而深入的理解。本文基于半導(dǎo)體光催化原理，圍繞BiOI半導(dǎo)體光催化的性能以及調(diào)控方法,總結(jié)了BiOI半導(dǎo)體光催化劑的不同調(diào)控策略和增強(qiáng)光催化活性的機(jī)理，對(duì)深入理解半導(dǎo)體光催化的機(jī)理并為鉍系半導(dǎo)體光催化劑的設(shè)計(jì)提供有益參考。

1 半導(dǎo)體光催化原理

圖1 半導(dǎo)體光催化原理示意圖Fig.1 The schematic of mechanism of semiconductor photocatalysis

由于導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴也會(huì)發(fā)生復(fù)合，體系以熱或光的形式輸入能量。通過(guò)捕獲劑或晶體缺陷，可以捕獲電子或空穴，從而促使載流子復(fù)合。因此，具有較少的缺陷以及結(jié)晶性較好的半導(dǎo)體通?？梢宰畲笙薅鹊販p少捕獲態(tài)和復(fù)合位點(diǎn)，從而提高光生載流子誘導(dǎo)的反應(yīng)效率。

2 BiOI的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)

圖3所示為BiOI的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度圖，DFT結(jié)果表明價(jià)帶最大值位于Q和Z點(diǎn)之間，導(dǎo)帶最低值位于F點(diǎn)；在費(fèi)米能級(jí)附近，價(jià)帶的寬度是5.21 eV，而導(dǎo)帶寬度為6.32 eV。此外，BiOI從價(jià)帶到導(dǎo)帶的電子躍遷屬于間接躍遷，且計(jì)算得到的帶隙為1.52 eV，低于實(shí)驗(yàn)值1.85 eV[20]，理論帶隙與實(shí)驗(yàn)帶隙之差為0.33 eV，這由交換關(guān)聯(lián)函數(shù)所導(dǎo)致。通常間接帶隙半導(dǎo)體有助于獲得優(yōu)良的光催化性能，由于激發(fā)態(tài)電子必須經(jīng)過(guò)一定的k空間距離躍遷到導(dǎo)帶，從而降低了光生電子與空穴的復(fù)合概率[21]。此外，BiOI晶體的總態(tài)密度和分波態(tài)密度圖如圖3b所示，價(jià)帶主要是由I-5p、O-2p和少量的Bi-6s態(tài)貢獻(xiàn)，然而導(dǎo)帶主要是由Bi-6p態(tài)構(gòu)成。結(jié)果表明BiOI的可見光響應(yīng)是由價(jià)帶雜化的I-5p和O-2p態(tài)向?qū)е械腂i-6p態(tài)躍遷，而且雜化的I-5p和O-2p態(tài)使得價(jià)帶具有較大的分散性，有利于價(jià)帶中光激發(fā)空穴的遷移率，從而促進(jìn)了較高的光催化活性[22]。

a.三維晶體結(jié)構(gòu)；b—c.[Bi2O2]2+層分別沿[010]和[001]方向的晶體結(jié)構(gòu)[23]。

a.BiOI晶體的能帶結(jié)構(gòu)；b.BiOI的總態(tài)密度和分波態(tài)密度[24]。

3 BiOI光催化性能調(diào)控

對(duì)于半導(dǎo)體光催化劑，光生載流子容易發(fā)生復(fù)合和對(duì)可見光吸收較差是限制其應(yīng)用的主要問(wèn)題。盡管BiOI在可見光下表現(xiàn)出良好的光催化性能，但由于其帶隙較小，電子-空穴容易復(fù)合，阻礙了BiOI光催化劑對(duì)環(huán)境治理等的實(shí)際應(yīng)用。因此，空位缺陷、摻雜缺陷、面調(diào)控、異質(zhì)構(gòu)建和貴金屬修飾等多種策略被引入以提高BiOI的可見光響應(yīng)和光催化性能。

3.1 空位調(diào)控

氧空位缺陷通常是金屬氧化物半導(dǎo)體的基本缺陷和內(nèi)在缺陷，對(duì)半導(dǎo)體的電子和物理化學(xué)性質(zhì)、能帶結(jié)構(gòu)和光吸收等性質(zhì)有重要影響[25]。研究表明具有氧空位缺陷的金屬氧化物光催化劑能夠吸收可見光，并呈現(xiàn)出良好的可見光光催化活性[26]。氧空位可以作為電子的捕獲中心，延緩光化學(xué)反應(yīng)中電子-空穴對(duì)的復(fù)合，從而提高光生電子和空穴的分離效率[24]。Bai等[14]報(bào)道了一種原位制備含氧空位缺陷的BiOI光電陰極納米片的方法，可簡(jiǎn)單有效地用于光電化學(xué)還原N2，并首次對(duì)氧空位在其中的作用機(jī)理進(jìn)行探討(見圖4)，結(jié)果表明氧空位缺陷可顯著提高BiOI納米片對(duì)N2的吸收和活化能力，在較小的外置偏壓下可以實(shí)現(xiàn)大量的NH3產(chǎn)生。其機(jī)理是氧空位可以捕獲BiOI導(dǎo)帶的光生電子，從而抑制載流子的復(fù)合。活化的氧空位中心作為橋梁促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移到吸附的N2分子上，由于電子注入反鍵軌道后導(dǎo)致N≡N鍵削弱，從而將N2轉(zhuǎn)化為NH3。BiOI納米片的選擇性增強(qiáng)歸因于氧空位的濃度，對(duì)光生載流子的有效分離發(fā)揮了重要作用。此項(xiàng)工作闡明了太陽(yáng)-電子-氨轉(zhuǎn)化的機(jī)制，并為綠色N2的還原提供了新途徑。

Guan等[27]利用設(shè)計(jì)的花狀BiOI1-x光催化劑在可見光照射下去除氣態(tài)汞，測(cè)試含碘空位花狀BiOI1-x的光催化活性(見圖5)。結(jié)果表明引入碘空位缺陷可以阻礙電子-空穴的復(fù)合，提高BiOI的光催化性能。進(jìn)一步結(jié)合第一性原理計(jì)算揭示了碘空位的形成機(jī)理和反應(yīng)過(guò)程，并對(duì)光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制和光催化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析。在可見光的照射下，光生電子從Bi5O7I導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到BiOI導(dǎo)帶上，位于Bi5O7I價(jià)帶的空穴轉(zhuǎn)移到BiOI的價(jià)帶上，BiOI導(dǎo)帶的電子再與O2和H+反應(yīng)生成H2O，空穴參與反應(yīng)使OH-被氧化為·OH，活性物種·OH最后將Hg0氧化為HgO。碘空位是光催化脫除氣態(tài)汞的重要原因，通過(guò)抑制電子與空穴的復(fù)合來(lái)提高光催化性能。此項(xiàng)工作提出了一種碘空位誘導(dǎo)光催化的機(jī)理，有助于工程上為其他半導(dǎo)體光催化劑的改性提供新的思路。

a.氧空位缺陷誘導(dǎo)BiOI的晶體結(jié)構(gòu)；b.含氧空位缺陷BiOI的SEM圖像；c.電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理示意圖[14]。

a.含碘空位缺陷的花狀BiOI去除汞的示意圖；b.含碘空位缺陷BiOI的SEM圖像；c.含不同碘空位缺陷濃度BiOI的晶體結(jié)構(gòu)；d.模擬太陽(yáng)光照射下BiOI光催化去除汞的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理示意圖[27]。

3.2 摻雜調(diào)控

金屬-非金屬摻雜是調(diào)控光催化劑光學(xué)帶隙的重要途徑。在光催化反應(yīng)過(guò)程中，大部分光產(chǎn)生的電子和空穴在到達(dá)光催化劑表面之前會(huì)發(fā)生重新復(fù)合[17]。因此，只有有限數(shù)量的電子和空穴能夠到達(dá)表面進(jìn)行催化反應(yīng)。過(guò)渡金屬離子作為摻雜劑可以改變半導(dǎo)體的結(jié)晶度、晶格缺陷，進(jìn)而抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合，增強(qiáng)吸收和延長(zhǎng)載流子的壽命。各種金屬離子如Fe3+、Mn3+、Cu2+、Al3+等被摻雜于半導(dǎo)體基質(zhì)內(nèi)，以調(diào)控光催化劑的電子特性和光學(xué)性能[28-29]。此外，傳統(tǒng)的非金屬摻雜過(guò)程通常是以氣體分子或有機(jī)配體吸附在基質(zhì)表面，該方法首先將摻雜劑前驅(qū)體嵌入淺晶格中，然后通過(guò)熱處理使摻雜均勻，非金屬離子摻雜比如N、I、C等被廣泛研究[30]。

Zeng等[31]以Bi(NO3)3·5H2O、KI和葡萄糖為原料，通過(guò)水熱法制備了C摻雜的BiOI (C-BiOI)光催化劑。制備的樣品對(duì)甲基橙的降解和N2的還原具有良好的光催化活性(圖6a—d所示)。C團(tuán)簇在BiOl的制備過(guò)程中進(jìn)入了晶體層內(nèi)，摻雜的C破壞了BiOI晶格的周期性，并在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生空位缺陷，導(dǎo)致半導(dǎo)體的帶隙減小且電荷的分離效率提高，從而顯著增強(qiáng)了BiOI半導(dǎo)體的光催化反應(yīng)效率。并且C的引入也會(huì)影響B(tài)iOI的形貌，使其比表面積增加，也有利于光催化性能的提升。此外，摻雜的C含量是促進(jìn)光催化性能的關(guān)鍵因素。在可見光照射下，C摻雜的BiOI對(duì)MO的降解率是純BiOI的4.44倍，而且C-BiOI對(duì)N2的固化也呈現(xiàn)出較高的催化活性。

Kong等[24]利用第一性原理計(jì)算研究I-O摻雜(I原子替代O原子)及I-Bi(I原子替代Bi原子)摻雜的BiOI光催化劑的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子特性及光學(xué)性質(zhì)，并闡述I自摻雜對(duì)其光催化機(jī)制的影響(圖6e—h)。其中，I摻雜劑的引入均可使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯畸變(圖6e、f)，結(jié)合差分電荷密度分布圖，在原始的雙碘層出現(xiàn)I-Bi和I-I(圖6g,h)相互作用，通過(guò)形成能的計(jì)算表明I-Bi摻雜的BiOI晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)比較穩(wěn)定；而且I摻雜劑的引入可以使吸收邊發(fā)生紅移，明顯改善BiOI的光催化性能?？梢?，摻雜缺陷對(duì)半導(dǎo)體光催化劑的設(shè)計(jì)以及在催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供有效的途徑。

a.樣品制備示意圖;b.C-BiOI的SEM圖像;c.機(jī)理示意圖;d.BiOI和C-BiOI光催化劑在模擬太陽(yáng)光下催化N2產(chǎn)生NH4+的濃度隨時(shí)間的變化[31];I-O摻雜(e)和I-Bi(f)摻雜的BiOI的晶體結(jié)構(gòu);I-O摻雜(g)和I-Bi摻雜(h)的BiOI的電荷密度差分[24]。

3.3 表面調(diào)控

由于光催化作用發(fā)生在半導(dǎo)體納米材料的表面，暴露的晶面作為晶體材料的基本特征，對(duì)光催化效率發(fā)揮著重要的影響。不同的晶面由于其不同的原子排布和電子結(jié)構(gòu)而具有不同的物理化學(xué)性能[32]。Ye等[33]報(bào)道了通過(guò)水熱法制備BiOI納米片，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了{(lán)001}和{100}表面暴露的BiOI納米片的可控合成，并在可見光下研究不同面的BiOI對(duì)CO2轉(zhuǎn)換的光催化活性(圖7a—c)。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果表明：在可見光下，相比BiOI{100}表面，BiOI {001}表面由于呈現(xiàn)較高的載流子分離效率、較高的導(dǎo)帶位置以及對(duì)CO2分子更多的吸收，導(dǎo)致其對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化具有更好的光催化活性。

Kong等[34]通過(guò)第一性原理計(jì)算分析BiOI {001}面依賴的光催化性能，分別研究了BiOI {001}-1I、{001}-BiO和{001}-2I表面的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，電子特性和光學(xué)性能，并分析氧空位和碘自摻雜缺陷對(duì)表面性能的影響(圖7d—f)。結(jié)果表明:優(yōu)化后的BiOI {001}-1I面表面能較低，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較穩(wěn)定，通過(guò)能帶結(jié)構(gòu)圖以及分波態(tài)密度圖分析可知BiOI {001}-1面的光催化性能不如{001}-BiO表面，然而通過(guò)引入氧空位缺陷可明顯擴(kuò)寬BiOI {001}-1I表面對(duì)可見光的吸收，進(jìn)而提高其光催化性能。因此，得益于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、對(duì)可見光利用率高，含氧空位缺陷的BiOI {001}-1I表面可被用于降解有機(jī)污染物和環(huán)境提純等。

a.BiOI-100和BiOI-001結(jié)構(gòu)內(nèi)部電場(chǎng)方向示意圖;BiOI-100和BiOI-001光催化CO(b)和CH4(c)的轉(zhuǎn)化量[33]；BiOI的{001}-1I (d)、{001}-BiO(e)、{001}-2I(f)表面模型[34]。

3.4 異質(zhì)構(gòu)建

異質(zhì)構(gòu)建是提高半導(dǎo)體光催化性能最常用的調(diào)控策略，通?？梢约铀俟庵螺d流子的分離，拓寬光響應(yīng)的波長(zhǎng)。Wang等[35]構(gòu)建基于絕緣體的納米核殼異質(zhì)結(jié)光催化劑SrCO3·BiOI，用于可見光催化NO并解釋其機(jī)理(見圖8)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)合研究，發(fā)現(xiàn)了絕緣體O-2p軌道(SrCO3,n型)和光敏劑Bi-6p軌道(BiOI,p型)之間的共價(jià)相互作用誘導(dǎo)了SrCO3和BiOI之間電子轉(zhuǎn)移通道的形成(見圖8)。這種特殊的通道通過(guò)p-n結(jié)的形成，促進(jìn)了光生電子從光敏劑到絕緣體導(dǎo)帶的轉(zhuǎn)移。基于絕緣體SrCO3和BiOI核殼異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建，通過(guò)可見光催化將NO和潛在的有毒中間物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害的產(chǎn)物，為探索地球上其他豐富的絕緣體作為可見光驅(qū)動(dòng)的光催化劑以及改善空氣污染問(wèn)題提供了新途徑。

Feng等[36]通過(guò)水熱法和熱處理過(guò)程成功制備了g-C3N4/Bi4O5I2異質(zhì)結(jié)，對(duì)甲基橙的降解呈現(xiàn)出較好的光催化性能(見圖9)，g-C3N4/Bi4O5I2異質(zhì)結(jié)的降解速率分別是g-C3N4和Bi4O5I2的82和3.2倍。修飾少量的g-C3N4對(duì)材料的比表面積影響較小，但使Bi4O5I2對(duì)可見光的吸收能力明顯提高，有利于對(duì)甲基橙的降解。此外，g-C3N4和Bi4O5I2之間有較強(qiáng)的相互作用，這種相互作用促進(jìn)了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的形成，并且增強(qiáng)了電荷的分離。因此，g-C3N4/Bi4O5I2異質(zhì)結(jié)材料穩(wěn)定性較好，相比Bi4O5I2呈現(xiàn)出更高的電荷分離效率和更好的光催化性能，在水凈化方面具有潛在的應(yīng)用前景。

a.SrCO3-BiOI異質(zhì)結(jié)光催化去除NO反應(yīng)示意圖；b.SrCO3-BiOI異質(zhì)結(jié)光催化去除NO機(jī)理[35]。

a.水熱法制備g-C3N4/Bi4O5I2異質(zhì)結(jié)示意圖;b.20%g-C3N4/Bi4O5I2異質(zhì)結(jié)的高分辨TEM圖像;c—d.g-C3N4、Bi4O5I2和g-C3N4/ Bi4O5I2分別在可見光照射下隨時(shí)間變化的降解速率常數(shù)(c)和甲基橙的濃度比(d)[36]。

p-p異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建也可以增強(qiáng)BiOI的光催化性能，Yosefi等[37]通過(guò)溶劑熱沉淀法成功合成了新型的BiOI/NiO納米結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料增強(qiáng)的光催化活性是由于異質(zhì)結(jié)的形成，提高了光生載流子的分離能力。在可見光激發(fā)下，BiOI表面的光生電子遷移到NiO的導(dǎo)帶上，而空穴留在BiOI的價(jià)帶上。由于樣品的價(jià)帶位置均大于·OH/OH-(1.99 eV)、H2O2(1.77 eV)、O3(2.07 eV)，BiOI/NiO催化劑的光生空穴比OH·和H2O2具有更強(qiáng)的氧化能力，導(dǎo)致BiOI價(jià)帶上積累的空穴直接將AO7氧化為CO2和H2O，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)染料的降解。

近年來(lái)，研究者還發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)BiOI光催化性能的其他新型調(diào)控途徑，例如通過(guò)構(gòu)建Z-型異質(zhì)結(jié)促進(jìn)光生電荷在界面處的高效分離[38-39]。相比于傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)，Z-型異質(zhì)結(jié)能有效分離電子空穴對(duì)、保留強(qiáng)氧化還原活性位點(diǎn)、增強(qiáng)可見光吸收、提高光催化活性，在水處理、空氣凈化、固氮、產(chǎn)氫等環(huán)境凈化和能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域有廣泛的潛在應(yīng)用。

3.5 貴金屬修飾

表面等離激元是金屬與介質(zhì)界面上自由電荷的集體相干振蕩效應(yīng)，當(dāng)入射光頻率與電子的集體振蕩頻率相同時(shí)會(huì)引起表面等離激元共振(surface plasmon resonance, SPR)[40-41]。貴金屬納米結(jié)構(gòu)的SPR能夠?qū)⒐馐`在亞波長(zhǎng)尺度，突破光學(xué)衍射極限，被廣泛應(yīng)用太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換[42-44]。在光照射下SPR誘導(dǎo)的熱載流子可以被注入鄰近的半導(dǎo)體載體中進(jìn)行各種反應(yīng)，如：污染物降解、活性氧生成和水的分解等[45]。貴金屬納米結(jié)構(gòu)可以捕獲光生電子，從而降低半導(dǎo)體催化劑光生電子-空穴的復(fù)合率[46]。利用貴金屬修飾的半導(dǎo)體光催化劑，可提高半導(dǎo)體光催化的反應(yīng)效率，成為許多研究的焦點(diǎn)課題。

Chatterjee等[47]報(bào)道利用等離激元Au納米顆粒(Au-NPs)修飾的花狀BiOI微球，在太陽(yáng)光和紅光照射下對(duì)水污染物，包括有機(jī)甲基橙和無(wú)機(jī)六價(jià)鉻(CrVI)的解毒作用呈現(xiàn)出增強(qiáng)的光催化活性(見圖10)。在光照幾個(gè)循環(huán)后，Au-BiOI納米復(fù)合物結(jié)構(gòu)以及催化性能仍然比較穩(wěn)定，是一種非常有前途的修復(fù)環(huán)境的光催化劑材料。由于Au-NPs的等離激元共振峰位于515 nm附近，Au-NPs不會(huì)被紅光所激發(fā)，Au-BiOI納米復(fù)合物對(duì)甲基橙的降解和對(duì)Cr的還原呈現(xiàn)出增強(qiáng)的光催化活性歸因于納米復(fù)合結(jié)構(gòu)中增強(qiáng)的電荷分離。Au-NPs由于SPR效應(yīng)，降低了BiOI帶隙的能量，進(jìn)一步將吸收窗口移到太陽(yáng)光譜的紅色區(qū)域。在金屬-半導(dǎo)體界面上形成肖特基勢(shì)壘，內(nèi)建電場(chǎng)促使界面上的電子-空穴對(duì)發(fā)生分離，電子遷移到Au-NPs上直到體系達(dá)到平衡狀態(tài)。此外，Au-NPs等離激元共振弛豫過(guò)程產(chǎn)生的熱電子也可能轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶?？傊珹u-BiOI界面處增強(qiáng)的電荷分離導(dǎo)致納米復(fù)合體系光催化活性的增強(qiáng)。此外，等離激元Ag和Pt等金屬納米結(jié)構(gòu)也被用來(lái)增強(qiáng)BiOI的光催化性能[48-49]。

圖10 等離激元Au納米顆粒修飾的花狀BiOI微球光催化雙重降解有機(jī)和無(wú)機(jī)水污染物機(jī)理示意圖[47]Fig.10 Schematic of mechanism of photocatalytic dual degradation of organic and inorganic water pollutants by flower-like BiOI microspheres decorated with plasmonic Au nanoparticles[47]

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于BiOI光催化劑在水分解、N2還原、污染物降解等領(lǐng)域的研究，綜述了增強(qiáng)BiOI光催化性能的幾種典型策略及調(diào)控機(jī)制。盡管近年來(lái)BiOI在光催化納米材料領(lǐng)域取得了一些進(jìn)展，但目前還處于實(shí)驗(yàn)階段的BiOI微納材料還不能滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的需求。在能源轉(zhuǎn)換和環(huán)境治理方面，構(gòu)建具有高光催化效率的BiOI光催化體系仍面臨重大挑戰(zhàn)。進(jìn)一步尋求新型的BiOI光催化劑的改性方法，不僅要提高半導(dǎo)體光催化劑電子-空穴對(duì)的分離效率，同時(shí)增強(qiáng)其強(qiáng)氧化還原能力，擴(kuò)寬光響應(yīng)范圍?？傊?，深入理解光催化機(jī)理，探索增強(qiáng)BiOI光催化性能的途徑，為今后的研究提供理論支撐以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指導(dǎo)，對(duì)于發(fā)展可持續(xù)和清潔環(huán)境的半導(dǎo)體光催化具有重要意義。