窄带半导体氧化铋(Bi2O3,带宽介于2.1-2.8 eV)因其强的可见光吸收和无毒性等特性而一直被认为是潜在的可见光催化材料.通常, Bi2O3具有a,b,g,d,e和w等六种晶型,其中,a,b和d-Bi2O3具有催化可见光降解有机物的活性.可是,由于其光生电子-空穴复合较快, Bi2O3的光催化活性还很低,远不够实际应用.将半导体与另一种物质如贵金属或其他半导体复合形成异质结是一种有效控制光生电子-空穴复合,提高光催化活性的方法.目前已成功开发了许多Bi2O3基的异质结光催化材料.尤其是通过用卤化氢酸与a-Bi2O3直接作用原位形成的a-Bi2O3与铋的卤氧化合物BiOX (X = Cl, Br或I)的异质结在提高光催化活性和制备方面显示了优越性.然而,具有更强可见光吸收的b-Bi2O3(带宽约2.3 eV)与卤氧化合物的异质结光催化性能却鲜有报道.本文通过用HI原位处理b-Bi2O3形成b-Bi2O3/BiOI异质结.该异质结表现较纯b-Bi2O3和BiOI更高的降解甲基橙(MO)可见光催化活性.通过多晶X射线衍射(XRD)、紫外漫散射(UV-DRS)、扫描电镜、透射电镜(TEM)、X光电子能谱(XPS)和荧光(PL)等手段研究了b-Bi2O3/BiOI异质结,并提出其高催化活性的机理. XRD结果显示,用HI原位处理b-Bi2O3可形成BiOI相,并且随着HI使用量增加,混合物中的BiOI相逐渐增多. HRTEM结果进一步表明,在混合物中的b-Bi2O3和BiOI都是高度结晶态,且两相之间有很好的接触,从而有利于两相之间的电荷移动.根据UV-DRS和ahv =A(hv –Eg)n/2等公式,计算出了b-Bi2O3和BiOI带隙分别为2.28和1.77 eV,以及两种半导体的导带和价带位置. ；b-Bi2O3的导带和价带位置分别为0.31和2.59 eV,而BiOI的导带和价带位置分别为0.56和2.33 eV.这样两种半导体能带结构呈蜂窝状,显然不适合光生电子-空穴的分离.然而, XPS测定结果显示,b-Bi2O3和BiOI相互接触形成异质结后,b-Bi2O3相的电子向BiOI相发生了明显的移动.根据文献报道,当两种费米能级不同的半导体接触时,电子会从费米能级高的半导体移向费米能级低的半导体,直至建立新的费米能级.b-Bi2O3被报道是典型的n型半导体,其费米能级在上靠近其导带位置；而BiOI是典型的p型半导体,其费米能级在下靠近其价带位置.基于此,我们提出了b-Bi2O3/BiOI异质结高催化活性的机理.当b-Bi2O3与BiOI形成异质结时,由于b-Bi2O3的费米能级较BiOI的高,因而电子从b-Bi2O3转向BiOI,直至新的费米能级形成.因此电子在两相之间移动导致了b-Bi2O3能带结构整体下移,以及BiOI能带结构整体上移,使得新形成的BiOI导带和价带位置高于b-Bi2O3的.当该异质结在可见光的照射下,光生电子将移至b-Bi2O3的导带,而空穴会移至BiOI的价带,最终达到了光生电子-空穴分离的效果,产生高的光催化活性. PL测试也证实了b-Bi2O3/BiOI异质结具有更长的光生电子-空穴寿命.
窄帶半導體氧化鉍(Bi2O3,帶寬介于2.1-2.8 eV)因其彊的可見光吸收和無毒性等特性而一直被認為是潛在的可見光催化材料.通常, Bi2O3具有a,b,g,d,e和w等六種晶型,其中,a,b和d-Bi2O3具有催化可見光降解有機物的活性.可是,由于其光生電子-空穴複閤較快, Bi2O3的光催化活性還很低,遠不夠實際應用.將半導體與另一種物質如貴金屬或其他半導體複閤形成異質結是一種有效控製光生電子-空穴複閤,提高光催化活性的方法.目前已成功開髮瞭許多Bi2O3基的異質結光催化材料.尤其是通過用滷化氫痠與a-Bi2O3直接作用原位形成的a-Bi2O3與鉍的滷氧化閤物BiOX (X = Cl, Br或I)的異質結在提高光催化活性和製備方麵顯示瞭優越性.然而,具有更彊可見光吸收的b-Bi2O3(帶寬約2.3 eV)與滷氧化閤物的異質結光催化性能卻鮮有報道.本文通過用HI原位處理b-Bi2O3形成b-Bi2O3/BiOI異質結.該異質結錶現較純b-Bi2O3和BiOI更高的降解甲基橙(MO)可見光催化活性.通過多晶X射線衍射(XRD)、紫外漫散射(UV-DRS)、掃描電鏡、透射電鏡(TEM)、X光電子能譜(XPS)和熒光(PL)等手段研究瞭b-Bi2O3/BiOI異質結,併提齣其高催化活性的機理. XRD結果顯示,用HI原位處理b-Bi2O3可形成BiOI相,併且隨著HI使用量增加,混閤物中的BiOI相逐漸增多. HRTEM結果進一步錶明,在混閤物中的b-Bi2O3和BiOI都是高度結晶態,且兩相之間有很好的接觸,從而有利于兩相之間的電荷移動.根據UV-DRS和ahv =A(hv –Eg)n/2等公式,計算齣瞭b-Bi2O3和BiOI帶隙分彆為2.28和1.77 eV,以及兩種半導體的導帶和價帶位置. ；b-Bi2O3的導帶和價帶位置分彆為0.31和2.59 eV,而BiOI的導帶和價帶位置分彆為0.56和2.33 eV.這樣兩種半導體能帶結構呈蜂窩狀,顯然不適閤光生電子-空穴的分離.然而, XPS測定結果顯示,b-Bi2O3和BiOI相互接觸形成異質結後,b-Bi2O3相的電子嚮BiOI相髮生瞭明顯的移動.根據文獻報道,噹兩種費米能級不同的半導體接觸時,電子會從費米能級高的半導體移嚮費米能級低的半導體,直至建立新的費米能級.b-Bi2O3被報道是典型的n型半導體,其費米能級在上靠近其導帶位置；而BiOI是典型的p型半導體,其費米能級在下靠近其價帶位置.基于此,我們提齣瞭b-Bi2O3/BiOI異質結高催化活性的機理.噹b-Bi2O3與BiOI形成異質結時,由于b-Bi2O3的費米能級較BiOI的高,因而電子從b-Bi2O3轉嚮BiOI,直至新的費米能級形成.因此電子在兩相之間移動導緻瞭b-Bi2O3能帶結構整體下移,以及BiOI能帶結構整體上移,使得新形成的BiOI導帶和價帶位置高于b-Bi2O3的.噹該異質結在可見光的照射下,光生電子將移至b-Bi2O3的導帶,而空穴會移至BiOI的價帶,最終達到瞭光生電子-空穴分離的效果,產生高的光催化活性. PL測試也證實瞭b-Bi2O3/BiOI異質結具有更長的光生電子-空穴壽命.
착대반도체양화필(Bi2O3,대관개우2.1-2.8 eV)인기강적가견광흡수화무독성등특성이일직피인위시잠재적가견광최화재료.통상, Bi2O3구유a,b,g,d,e화w등륙충정형,기중,a,b화d-Bi2O3구유최화가견광강해유궤물적활성.가시,유우기광생전자-공혈복합교쾌, Bi2O3적광최화활성환흔저,원불구실제응용.장반도체여령일충물질여귀금속혹기타반도체복합형성이질결시일충유효공제광생전자-공혈복합,제고광최화활성적방법.목전이성공개발료허다Bi2O3기적이질결광최화재료.우기시통과용서화경산여a-Bi2O3직접작용원위형성적a-Bi2O3여필적서양화합물BiOX (X = Cl, Br혹I)적이질결재제고광최화활성화제비방면현시료우월성.연이,구유경강가견광흡수적b-Bi2O3(대관약2.3 eV)여서양화합물적이질결광최화성능각선유보도.본문통과용HI원위처리b-Bi2O3형성b-Bi2O3/BiOI이질결.해이질결표현교순b-Bi2O3화BiOI경고적강해갑기등(MO)가견광최화활성.통과다정X사선연사(XRD)、자외만산사(UV-DRS)、소묘전경、투사전경(TEM)、X광전자능보(XPS)화형광(PL)등수단연구료b-Bi2O3/BiOI이질결,병제출기고최화활성적궤리. XRD결과현시,용HI원위처리b-Bi2O3가형성BiOI상,병차수착HI사용량증가,혼합물중적BiOI상축점증다. HRTEM결과진일보표명,재혼합물중적b-Bi2O3화BiOI도시고도결정태,차량상지간유흔호적접촉,종이유리우량상지간적전하이동.근거UV-DRS화ahv =A(hv –Eg)n/2등공식,계산출료b-Bi2O3화BiOI대극분별위2.28화1.77 eV,이급량충반도체적도대화개대위치. ；b-Bi2O3적도대화개대위치분별위0.31화2.59 eV,이BiOI적도대화개대위치분별위0.56화2.33 eV.저양량충반도체능대결구정봉와상,현연불괄합광생전자-공혈적분리.연이, XPS측정결과현시,b-Bi2O3화BiOI상호접촉형성이질결후,b-Bi2O3상적전자향BiOI상발생료명현적이동.근거문헌보도,당량충비미능급불동적반도체접촉시,전자회종비미능급고적반도체이향비미능급저적반도체,직지건립신적비미능급.b-Bi2O3피보도시전형적n형반도체,기비미능급재상고근기도대위치；이BiOI시전형적p형반도체,기비미능급재하고근기개대위치.기우차,아문제출료b-Bi2O3/BiOI이질결고최화활성적궤리.당b-Bi2O3여BiOI형성이질결시,유우b-Bi2O3적비미능급교BiOI적고,인이전자종b-Bi2O3전향BiOI,직지신적비미능급형성.인차전자재량상지간이동도치료b-Bi2O3능대결구정체하이,이급BiOI능대결구정체상이,사득신형성적BiOI도대화개대위치고우b-Bi2O3적.당해이질결재가견광적조사하,광생전자장이지b-Bi2O3적도대,이공혈회이지BiOI적개대,최종체도료광생전자-공혈분리적효과,산생고적광최화활성. PL측시야증실료b-Bi2O3/BiOI이질결구유경장적광생전자-공혈수명.
To improveb‐Bi2O3 photocatalysis, we coupleb‐Bi2O3 with BiOI to formb‐Bi2O3/BiOI heterojunc‐tions through an in‐situ treatment with hydriodic acid. The prepared heterojunctions are charac‐terized with X‐ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, ultra violet‐diffuse reflectance spectroscopy, and X‐ray photoelectron spectroscopy. Upon visible‐light irradiation (λ>420 nm), theb‐Bi2O3/BiOI heterojunctions, especially with the molar ratio of HI tob‐Bi2O3 at 0.4, exhibit much higher photocatalytic activity than pureb‐Bi2O3 and BiOI for the degradation of methyl orange. The efficient separation of photogenerated electron‐hole pairs across the interface of the heterojunction betweenb‐Bi2O3 and BiOI would be responsible for the enhanced photocatalytic performances.
