我国Bi2WO6基光催化剂制备技术现状

辛丙靖，李 鹏，王润霖

（1.吉林化工学院，资源与环境工程学院，吉林 吉林 132000；2.北华大学，理学院，吉林 吉林 132000）

1 Bi2WO6研究概述

钨酸铋 (Bi2WO6)是最简单的奥氏体相氧化物，有着优异的铁电压电、热电、催化性能氧化阴离子导电性能、非线性介电敏感性和发光性能等物理化学性能[1]。Bi2WO6晶体是由Bi2O2分子层与WO6八面体层交替排列组成，其晶体结构由WO6八面体通过共顶点的方式相互连接而成的正交晶相[2]。

研究发现，Bi2WO6是Aurivillius（奥里维里斯）化合物中一种简单的n型宽带隙新型半导体光催化材料，同时Bi2WO6也是一种非金属含氧酸盐结构的新型光催化剂。由于钨酸根离子结构稳定不易发生光腐蚀等优点成为了近年以来半导体光催化材料领域里的一个研究重点，但是因Bi2WO6的禁带宽度比较大，所以只能在紫外光或部分可见光的条件下才能够激发其催化性能[22]。通过寻找合适的配体负载在Bi2WO6上，以此来减少Bi2WO6的禁带宽度，是现在研究人员的研究重点。

2 我国铋系可见光催化剂制备技术现状

光催化材料因有着优秀的化学稳定性且使用时耗能低等优点，被广泛的开发与应用。截至目前，光催化材料被应用在分解醛类、氨气、NOx（氮氧化物）等方面的空气净化，处理只要废水、造纸废水、化工废水等方面的水净化以及分解病毒、大肠杆菌等微生物的抗菌杀菌上[3]，所以光催化材料是有效解决各类污染物所带来的环境污染等问题的方式之一。在光催化材料上最为典型的则是铋系光催化材料，因其有着独特的外部电子结构使得其拥有较短的禁带和较广的光谱，受到很多科学家的青睐。直至现在，铋系光催化剂主要的研究方向包括有铋系复合型催化剂及铋系化合物型催化剂两种[4]。

在我国铋系材料，最早是在20世纪80年代被应用在高介、高压陶瓷电容器中。陈寿田等[5]人将不同含量的Bi2O3与SrTiO3结合来提高电容器的介电系数。随后在1990年，杜世泽等[6]人将铋系元素应用在陶瓷超导体中，用铋系元素代替稀土元素以此来降低制造、生产超导体的成本，推动了超导体的研究进展。在1992年，中科院上海研究所的温树林[7]成功的将铋系高温超导体由2212低温相转变成2223高温相，使我国在1995年进入到世界高温超导研究的领军人[8]。

随着我国科学家对铋系材料的二十多年的研究与探索，在2005年，山东大学的许效红[9]用化学溶液分解法将铋系材料制备成光催化材料，运用于甲基橙的降解脱色中。从2007年开始我国科学家针对铋系的光催化材料的研究就开始多元化，包含有铋系氧化物、复合型铋系催化剂、钛酸铋系催化剂等化合物型铋系催化剂以及固溶体型铋系催化剂等方向[10,11]。

在制备纯相的Bi2WO6这一领域里，我国科学家分别做出了不同维度的纯相Bi2WO6。例如孙浩楠[12]、中科院王实验组[13]均以乙二醇为溶剂，利用水热法制备出了一维纳米线结构的纯相Bi2WO6，有着较高的比表面积且对光能的利用率较高。不仅如此，该结构下的Bi2WO6还利于物质进行交换。在二维纳米片结构上，研究工作者分别采用微波溶剂热法、超声波辅助法以及水热法制备出了二维Bi2WO6纳米片，这一种结构的Bi2WO6比表面积比一维的大，使得该形态结构的Bi2WO6的催化活性大幅度提升。三维结构是由一维或二维组合形成的，这种三维结构既拥有低维度结构的优点，同时还具备防止团聚的性能，研究工作者分别使用离子交换法和微波水热法制备出三维结构的Bi2WO6，更进一步的提升力比表面积，而且光能的利用率也大大的增强了。不仅如此近年来很多科学家制备出了各式各样的Bi2WO6晶体结构，例如鸟巢状、花型、分等级微球等结构。

Bi2WO6作为一种应用前景很好的光催化材料，为了进一步降低禁带宽度对其进行改性，以此来提高光催化性能，改性的方法有半导体复合、金属沉积以及碳负载三类。半导体复合通过形成的固-固异质结界面提高电子跃迁速率，进而提高光催化剂催化效能，在2016年，李莹影通过溶剂热法以TiO2为配体为Bi2WO6进行改性，合成出片状的TiO2-Bi2WO6复合型光催化剂，通过进行表征分析发现用半导体TiO2为配体制备出的复合催化剂其结构是TiO2与Bi2WO6交错式异质结结构，大大的提升了催化剂的比表面积以及拓宽了可见光响应范围。次年，湘潭大学的卜方舟，以WO3和BiOBr为配体合成了三元复合催化剂，改善了纯相Bi2WO6的催化性能。在2018年北京化工大学的潘金波先利用水热法制备出了CdS和QDs两种半导体，在借助还原法制备出Bi-Bi2WO6，最后以Bi-Bi2WO6为载体制备出了CdS-QDs-Bi-Bi2WO6四元复合光催化剂，该复合光催化剂有较强的光吸收以及电子-空穴分离性能，进而提升了光催化剂的性能。由于金属有着优秀的导电性和延展性，以金属为配体，合成复合型光催化剂也能有效的提升光催化剂的催化活性和性能。早在2013年，西北大学材料系毛超超将贵金属Au和Pt通过光助沉积还原法合成了x-Bi2WO6（其中x表示Au或Pt）。不仅如此，还用二氧化铈对Bi2WO6进行负载合成复合型光催化剂提升光催化剂的性能。例如，Fe3+对Bi2WO6进行负载，使Bi2WO6的禁带宽度变窄，大幅度的提升光催化剂的催化性能；用Fe3O4进行负载也合成出了高性能的光催化剂；用Ag3PO4为配体，制备出全固态Z型的Ag3PO4-RGO-Bi2WO6三元复合光催化剂，有效的产生了光生电子和空穴提升催化性能。近几年来，由于对共轭大Π键的深入研究，很多科学家也用碳对其进行负载，例如，采用PVP、SDBS、石墨烯、氮化碳以及氧化石墨烯等含碳化合物为Bi2WO6进行改性，进一步的提升催化剂的催化性能。

从环境层面上来讲，用Bi2WO6基光催化剂处理环境污染物也是当下该领域研究的一项热点，Bi2WO6基光催化剂在大气净化、有机废水的处理、杀菌以及重金属离子处理等方面有能发挥很大的做用，用该催化剂处理水中的四环素、罗丹明等污染物都有明显的降解效果，且优于传统的废水处理工艺。

3 结语

本文主要对我国钨酸铋基光催化剂制备技术及现状进行介绍。Bi2WO6基光催化剂处理水体中污染物是当下环境研究领域的热点之一。Bi2WO6基光催化剂在大气净化、有机废水的处理、杀菌以及重金属离子处理等方面有能发挥很大的作用。