鉍系光催化劑的研究進(jìn)展

鉍系光催化劑的研究進(jìn)展

1光催化劑的發(fā)展能源和環(huán)境破壞是人類面臨的主要挑戰(zhàn)。利用太陽能解決全球能源和環(huán)境問題越來越受到重視。光催化可以將低密度的太陽光能轉(zhuǎn)化為高密度的化學(xué)能和電能,而且可以直接利用太陽光降解和礦化水與空氣中的各種污染物。因此,光催化在環(huán)境凈化和新能源開發(fā)方面具有巨大潛力。1972年,Fujishima和Honda在Nature雜志上報道了以TiO2為光陽極進(jìn)行紫外光光照分解H2O的研究工作,開辟了多相光催化的新時代。自此以后,人們對光催化的研究進(jìn)行了一系列卓有成效的探索。早期的研究主要集中在TiO2,它具有催化活性高、穩(wěn)定性好、價格便宜、無毒等優(yōu)良特性,因而備受青睞。但是,TiO2禁帶寬度為3.2eV,只能吸收波長小于387nm的紫外光,并且光激發(fā)時所產(chǎn)生的電子與空穴非常容易復(fù)合,使得光量子效率很低。當(dāng)前,新型光催化劑的研究工作主要集中于改性TiO2和開發(fā)新型可見光催化材料兩個方向。鉍系光催化劑以其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的可見光吸收能力和較高的有機(jī)物降解能力,引起了研究者們的極大興趣。多種新型含鉍光催化劑已見諸文獻(xiàn)。本文綜述了國內(nèi)外鉍系光催化劑的研究動態(tài)和主要成果,并在此基礎(chǔ)上對含鉍光催化劑的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。2催化劑的選擇Bi2O3有4種主要晶相和2種非化學(xué)計量相,即單斜相α-Bi2O3,四方相β-Bi2O3,體立方相γ-Bi2O3,面立方δ-Bi2O3及非化學(xué)計量相Bi2O2.33和Bi2O0.75。其中,α和δ相分別為低溫和高溫穩(wěn)定相,其他相為高溫亞穩(wěn)相。Bi2O3的禁帶寬度分布范圍較廣(2—3.96eV),在可見光范圍內(nèi)有良好的吸收。據(jù)文獻(xiàn)報道,α、β、γ相帶隙值依次遞減,而光催化活性依次提高,且它們的活性均比P25更高。此外,Bi2O3有很高的折射率和介電常數(shù)、顯著的熒光特性和惰水性。因此,Bi2O3是一種很有潛力的分解水和降解污染物的可見光催化劑。截至目前,人們已經(jīng)合成了形態(tài)各異的Bi2O3光催化材料,如Bi2O3薄膜、納米顆粒、納米纖維、納米片、納米管等。Zhang等在超聲波的作用下合成了粒徑為40—100nm的α-Bi2O3光催化劑,其禁帶寬度約為2.85eV,在可見光照射下(λ>400nm),100min后甲基橙的降解率為86%,比微米級的α-Bi2O3和TiO2(P25)兩者的催化性能都要好。納米晶α-Bi2O3具有高催化活性的原因主要包括三個方面:首先,其價帶由Bi6s和O2p雜化組成,這使得價帶更為分散,有利于光生空穴的移動,從而有利于光氧化反應(yīng);其次,納米晶α-Bi2O3具有較高的結(jié)晶度,提高了光生載流子的傳輸速率,也可以導(dǎo)致光催化活性的提高;再次,由公式τ=γ2/π2D可知,顆粒尺寸越小,載流子從體相擴(kuò)散到表面的時間越短,電子空穴復(fù)合的幾率越小,從而有利于光催化活性的提高。Zhou等采用簡易無模板法合成了具有獨(dú)特花狀多級結(jié)構(gòu)的納米Bi2O3。通過改變制備條件,如VO3-的濃度、反應(yīng)溫度、pH,可以得到不同形貌和微孔結(jié)構(gòu)的Bi2O3。以可見光下羅丹明B的降解為模型反應(yīng),制備的多級Bi2O3光催化活性是商業(yè)樣品的6—10倍。然而,單獨(dú)采用Bi2O3作光催化劑存在兩大缺陷。一是光生電子和空穴容易復(fù)合,光量子效率低;二是Bi2O3在反應(yīng)過程中不穩(wěn)定,先由β相變成α相,進(jìn)而轉(zhuǎn)變成碳酸氧鉍(Bi2O2)CO3。研究表明,離子摻雜是一種穩(wěn)定Bi2O3晶體結(jié)構(gòu)的有效方式,并且離子摻雜可以減小顆粒尺寸和帶隙,有利于光催化活性的提高[11—13]。Yang等采用溶膠凝膠法制備了Fe3+摻雜的納米Bi2O3薄膜。結(jié)果表明,Fe3+摻雜減小了Bi2O3薄膜的顆粒尺寸和帶隙。當(dāng)鐵鉍摩爾比為3∶100時,15min光照后,羅丹明B的去除率達(dá)98%,比未摻雜的薄膜高40%。此外,研究表明異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體的構(gòu)建可以有效地阻礙光生電子和空穴的復(fù)合,大大提高光催化劑的活性。Lin等采用球磨煅燒法制備了異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體光催化劑Bi2O3/BaTiO3,以紫外光照下甲基橙和亞甲基藍(lán)的降解評價其光催化活性。結(jié)果表明,Bi2O3/BaTiO3比Bi2O3和BaTiO3表現(xiàn)出更高的光催化活性。這主要是因為在Bi2O3和BaTiO3的界面形成的內(nèi)電場能驅(qū)使半導(dǎo)體中的載流子有效分離,抑制電子空穴復(fù)合,從而提高復(fù)合半導(dǎo)體的光催化活性(圖1)。盡管人們對Bi2O3光催化劑的研究進(jìn)行了大量探索,然而其催化效果依然不是很理想。目前,研究更多的是鉍與其他金屬或非金屬組成的復(fù)合物光催化劑。3金屬氧化光束劑3.1bi20tio32光催化降解鈦酸鉍系化合物是由Bi2O3和TiO2形成的具有多種晶相結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物,如Bi4Ti3O12、Bi2Ti2O7、Bi2Ti4O11、Bi12TiO20、Bi20TiO32等,其中有關(guān)Bi4Ti3O12(Aurivillius)、Bi2Ti2O7(pyrochlore)、Bi12TiO20(sillenite)的研究較多。鈦酸鉍化合物的光催化性能主要取決于晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),在它們的結(jié)構(gòu)中均存在TiO6八面體或TiO4四面體,而與之相連的BiOn多面體中存在擁有6s2孤對電子對,且具有立體活性的Bi3+,從而導(dǎo)致這類化合物具有較低的帶隙能(2.6—2.8eV),這使得它們在光催化方向具有良好的發(fā)展前景。研究表明,鈦酸鉍化合物的形貌、結(jié)構(gòu)和尺寸大小對其光催化活性有重要影響,而這些因素均與制備方法有關(guān)。截至目前,人們已通過水熱、溶劑熱、高溫固相反應(yīng)、沉淀、溶膠凝膠等方法成功合成了鈦酸鉍樣品。Cheng等以α-Bi2O3和銳鈦礦TiO2為原料采用高溫猝冷法合成了亞穩(wěn)相Bi20TiO32。通過UV-visDRS測得Bi20TiO32的代隙為2.38eV,比α-Bi2O3代隙(2.82eV)更窄。根據(jù)公式EVB=X-Ee+0.5Eg和ECB=EVB-Eg計算Bi20TiO32的價帶和導(dǎo)帶位置分別為2.60和0.22eV,比α-Bi2O3的價帶(2.83eV)和導(dǎo)帶位置(0.01eV)分別更負(fù)和更正,如圖2所示。在可見光照射下,Bi20TiO32在180min內(nèi)可將約75.3%的甲基橙(MO)降解,而α-Bi2O3僅降解36.7%。這說明光催化降解MO時,Bi20TiO32具有比α-Bi2O3更高的活性。Bi20TiO32的價帶主要由Bi6s和O2p軌道組成,而導(dǎo)帶由Ti3d軌道組成。Bi6s和O2p所形成的雜化價帶有利于光生載流子的移動,阻礙其復(fù)合,從而有利于光催化活性的提高。5次重復(fù)實驗后,Bi20TiO32對MO的降解能力與第一次實驗相比僅略微減少,說明Bi20TiO32在反應(yīng)過程中具有較好的穩(wěn)定性。在鈦酸鉍納米粉體制備的基礎(chǔ)上,采用摻雜(如Cr、Nd、Fe、La等或負(fù)載等處理方法,可以進(jìn)一步提高其活性,也是鈦酸鉍光催化研究的主要發(fā)展趨勢之一。Zhang等采用溶膠凝膠法合成了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的光催化劑Bi4Ti3-xCrxO12(x=0.00、0.06、0.15、0.30、0.40、0.50)。在可見光照射下,以甲醇水溶液為反應(yīng)介質(zhì),Bi4Ti2.6Cr0.4O12表現(xiàn)出較佳的產(chǎn)氫活性。但是在相同反應(yīng)條件下,Bi4Ti3O12催化劑沒有光催化活性。紫外吸收光譜表明,Bi4Ti3O12在可見光區(qū)基本無吸收,隨著鉻摻入量的增加,吸收端向長波方向移動,并且在可見光區(qū)的吸收強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。DFT計算表明,Bi4Ti3O12的導(dǎo)帶由Ti3d+Bi6p軌道組成,價帶由Bi6s和O2p雜化軌道組成,而Bi4Ti3-xCrxO12(x=0.167)的導(dǎo)帶由Ti3d+Bi2p+Cr3d組成,價帶由O2p+Cr3d雜化軌道組成,其帶隙估計為1.3eV,比Bi4Ti3O12帶隙(1.81eV)更窄。根據(jù)半導(dǎo)體能帶理論,光催化分解水生成H2和O2需要材料的價帶和導(dǎo)帶同時滿足氧化水和還原水的要求,即要求其導(dǎo)帶位置比從水中分解出H2的位能(0V)更負(fù),價帶位置比水中釋放出O2的位能(1.23V)更正。Cr3+的存在沒有改變Bi4Ti3O12的價帶位置,卻在其能帶中引入了新的Cr3d軌道,使其導(dǎo)帶位置向負(fù)方向移動,滿足了氧化水的能帶要求,因而在可見光下表現(xiàn)出較佳的產(chǎn)氫活性。鈦酸鉍系列化合物在可見光范圍內(nèi)的良好催化效果引起了研究者們的濃厚興趣,是近年研究的一個熱點(diǎn)。但是,由于硝酸鉍溶于水時生成硝酸氧鉍沉淀物,難以形成鈦酸鉍前驅(qū)體;Bi3+半徑比Ti4+大,難進(jìn)入TiO2晶格;以及鈦酸鉍不穩(wěn)定,容易發(fā)生相轉(zhuǎn)變等缺陷,導(dǎo)致其制備非常困難?，F(xiàn)有的制備方法往往存在煅燒溫度高、操作繁雜、再生困難等缺陷,不能滿足實踐需要。因此,改進(jìn)制備工藝,制備具有特殊形貌、性能優(yōu)良的鈦酸鉍光催化劑將是這一研究方向的重點(diǎn)和難點(diǎn)。3.2bi2wo6納米纖維墊的制備鎢酸鉍(Bi2WO6)是具有層狀結(jié)構(gòu)Aurivillius型最簡單的氧化物之一。由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性能,在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。研究表明,鎢酸鉍是一種很好的可見光催化劑。1999年Kudo和Hijii首次報道了Bi2WO6具有光催化分解水的活性。Tang等的研究證實了Bi2WO6對于CHCl3和CH3CHO的礦化均有光催化活性。然而,他們所采用的方法均為固態(tài)法,合成的材料光活性較低。為了進(jìn)一步提高Bi2WO6的活性,許多學(xué)者采用各種不同方法以及摻雜和負(fù)載等技術(shù)制備出具有特殊形貌和粒徑較小的Bi2WO6光催化劑[26—30]。Shang等首次采用電子自旋技術(shù)制備了Bi2WO6納米纖維墊。該納米纖維由尺寸約為100nm的單晶Bi2WO6納米顆粒組成。UV-vis吸收光譜表明,Bi2WO6納米纖維墊的帶隙值約為2.68eV。根據(jù)DFT計算結(jié)果,Bi2WO6的價帶由Bi6s和O2p雜化軌道組成,而導(dǎo)帶由W5d軌道組成。Bi6s和O2p雜化軌道上的電子被光激發(fā)轉(zhuǎn)移到W5d軌道上。Bi6s和O2p軌道雜化使價帶更分散,有利于光生載流子移動,從而有利于有機(jī)污染物的光催化氧化反應(yīng)。以可見光照射下乙醛和氨水的分解為模型反應(yīng)評價催化劑的性能,結(jié)果表明該Bi2WO6納米纖維墊不僅穩(wěn)定性好,而且比固態(tài)法制備的Bi2WO6和Bi2WO6納米顆粒表現(xiàn)出更高的光催化活性。采用電子自旋輔助的技術(shù)路線,Shang等將Bi2WO6負(fù)載在TiO2納米纖維薄膜上,制備了3DBi2WO6/TiO2多級異質(zhì)結(jié)。該異質(zhì)結(jié)在可見光照射下對CH3CHO和RhB的降解表現(xiàn)出比固態(tài)法制備的Bi2WO6/TiO2粉末、Bi2WO6納米顆粒和TiO2更高的光催化活性。3DBi2WO6/TiO2多級異質(zhì)結(jié)光催化活性較高的主要原因包括以下三方面:首先,多級異致結(jié)的比表面積為29.6m2/g,比固態(tài)法制備樣的比表面積(1.7m2/g)更高。高比表面積和大量的孔結(jié)構(gòu)提供了更多的可見光吸收位和催化活性位。其次,多級Bi2WO6/TiO2由小尺寸納米顆粒組成。顆粒尺寸減小能降低光生電子和空穴的復(fù)合幾率,有利于光催化活性的提高。另外,采用電子自旋法制備的Bi2WO6/TiO2具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)計算,Bi2WO6的帶隙約為2.8eV,而TiO2的帶隙約為3.2eV,如圖3所示。Bi2WO6的價帶和導(dǎo)帶位置均比TiO2低?？梢姽庹蘸?Bi2WO6價帶上的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶上,價帶上留有一些空穴。由于Bi2WO6的價帶位置比TiO2低0.353eV,其價帶上的空穴能被轉(zhuǎn)移到TiO2的價帶上,而具有松散堆積結(jié)構(gòu)的銳鈦礦TiO2則充當(dāng)電子受體。這樣,電子空穴的復(fù)合幾率大大降低,從而使光催化活性顯著提高。3.3提高bivo4光催化活性釩酸鉍(BiVO4)是一種具有可見光活性的光催化劑,主要有4種不同晶型:單斜白鎢礦型晶體BiVO4(s-m)(1);四方硅酸鋯型晶體BiVO4(z-t)(2);四方白鎢礦型晶體BiVO4(s-t)(3);正交釩鉍礦型晶體(4)。從(2)到(1)的相轉(zhuǎn)變溫度為670—770K,(1)和(3)的相轉(zhuǎn)變溫度為528K。在BiVO4的不同晶相中,單斜相光催化活性最強(qiáng),應(yīng)用價值最高。人們已采用多種方法合成單斜相BiVO4,如超聲輔助法、共沉淀法、水熱法、微波輔助法、金屬有機(jī)沉積法等。由于純BiVO4吸附性較差,且光生載流子容易復(fù)合,因而光催化活性受到限制。許多過渡金屬、貴金屬、稀土金屬及非金屬被用作助催化劑或摻雜劑以提高BiVO4的光催化活性[36—43],如Y、Ca-Mo、Pt、Fe、Co、Cu、Ag、RE(RE=Ho、Sm、Yb、Eu、Gd、Nd、Ce、La)等。Zhang等采用水熱法制備了Eu/BiVO4復(fù)合光催化劑。與BiVO4相比,Eu/BiVO4在800—550nm范圍內(nèi)光吸收增強(qiáng)。光催化降解甲基橙的實驗結(jié)果表明,BiVO4復(fù)合Eu后,活性得以提高;當(dāng)Eu含量為1.46wt%時,催化劑的活性最高。Eu/BiVO4比BiVO4具有更高光催化活性的原因可能包括:(1)可見光吸收能力更強(qiáng);(2)Eu3+有未充滿的4f軌道,表面電子能被Eu3+捕獲,使載流子的復(fù)合受到抑制;(3)形成新的能帶結(jié)構(gòu);(4)催化劑對染料分子的吸附能力更強(qiáng)。然而,進(jìn)一步增加Eu含量將導(dǎo)致光催化活性降低,這可能是因為過量的Eu充當(dāng)載流子的復(fù)合中心,并且覆蓋催化劑表面活性位,從而導(dǎo)致載流子分離效率降低。Long等采用浸漬法制備了具有p-n異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的Co3O4/BiVO4復(fù)合光催化劑。UV-vis光譜表明,純BiVO4的吸收端為545nm,帶隙為2.28eV。Co3O4負(fù)載使可見光吸收帶發(fā)生紅移,吸收強(qiáng)度也有大幅度提高。Co3O4負(fù)載量為0.8wt%,樣品經(jīng)300℃煅燒時活性最高,反應(yīng)180min后,對濃度為18mg/L的苯酚去除率由純BiVO4的6%提高到96%。理論計算表明,Co3O4的價帶和導(dǎo)帶位置分別為2.44和0.37eV,而根據(jù)作者的實驗結(jié)果及參考文獻(xiàn),BiVO4的價帶和導(dǎo)帶位置分別為2.67/2.73eV和0.39/0.33eV。兩種情況下,光生電子和空穴都能有效分離,因而Co3O4的負(fù)載使BiVO4光催化活性大大提高。熒光光譜進(jìn)一步證實了以上結(jié)論。此外,循環(huán)測試表明該催化劑在反應(yīng)過程中具有較好的穩(wěn)定性。3.4提高了光催化活性除鈦酸鉍、鎢酸鉍和釩酸鉍外,研究者們對其他金屬鉍酸鹽也做了一系列卓有成效的探索,如鉬酸鉍、鈮酸鉍、鐵酸鉍、釔酸鉍、鉍酸鈉、鉍酸鍶等。研究表明,這些材料在可見光下對有機(jī)污染物的降解也表現(xiàn)出較好的光催化活性。Cruz等采用共沉淀法制備了不同溫度煅燒的α-Bi2Mo3O12納米顆粒,以羅丹明B為模型染料考察了其吸附性和可見光光催化活性。結(jié)果表明,該納米材料在可見光下都能降解羅丹明B;并且煅燒溫度越低,吸附常數(shù)越大,光降解速率越快。Peng等報道了NaBiO3在可見光照下對叔辛基酚的光催化活性,發(fā)現(xiàn)催化劑用量、叔辛基酚起始濃度和溶液pH值對催化劑活性有很大影響。與P25相比,NaBiO3的光催化活性明顯更高。Zhang等以Ta2O5、Nb2O5和Bi(NO3)3·5H2O為原料采用溶膠凝膠法制備了納米Bi3NbxTa1-xO7光催化劑,其帶隙值約為2.8eV,平均晶粒尺寸為15nm左右。在可見光照射下,它對酸性紅染料的降解表現(xiàn)出較好的催化活性。4催化劑的種類及用量其他含鉍光催化劑主要包括鹵氧化鉍BiOX(X=F,Cl,Br,I)[53—55]、鉍硫化物、鉍硅化物、鉍碳化物等,其中以鹵氧化鉍研究較多。鹵氧化鉍的晶體結(jié)構(gòu)為PbFCl型,是一種具有高度各向異性的層狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體。DFT和TB-LMTO計算表明,BiOF為直接帶隙半導(dǎo)體,而BiOX(X=Cl,Br,I)為間接帶隙半導(dǎo)體。鹵氧化鉍的價帶主要由Xnp(n=2(F)、3(Cl)、4(Br)、5(I))和O2p軌道組成,而導(dǎo)帶主要是Bi6p軌道的貢獻(xiàn)。鹵氧化鉍的光催化活性高于商品TiO2(P25),且隨鹵原子序數(shù)增加光活性逐漸增強(qiáng)。此外,鹵氧化鉍也具有很高的穩(wěn)定性。借助于摻雜改性,鹵氧化鉍的光催化性能得到進(jìn)一步改善;通過晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計合成可以得到高活性的鹵氧化鉍化合物光催化劑。Chang等采用NaBiO3和HX酸為原料制備了BiOX(X=Cl、Br、I)光催化劑,并測得BiOCl、BiOBr、BiOI帶隙值分別為3.19、2.75、1.76eV。實驗表明,BiOX在氙燈光照下對4種典型酚類內(nèi)分泌干擾物的降解表現(xiàn)出比P25更好的催化性能,其中以BiOI的光活性最佳。Wang等以陽極氧化鋁為模板采用溶膠凝膠法制備了直徑約為100nm、長為2—6μm的BiOCl納米線。該納米線帶隙值約為3.4eV,在紫外光照下能有效降解羅丹明B染料。5催化劑的光催化活性對氧化鉍、鈦酸鉍(以Bi12TiO20為代表)、鎢酸鉍、釩酸鉍、鹵氧化鉍及二氧化鈦的組成、結(jié)構(gòu)、能帶、光催化性能及穩(wěn)定性進(jìn)行歸納,列于表1。為便于分析,將所有含鉍光催化劑歸為三類,即Bi-O(Bi2O3),Bi-Y-O(Y=Ti,W,V),Bi-X-O(X=Cl,Br,I)。由表1可見,除BiOCl外,幾乎所有含鉍光催化劑的帶隙都比TiO2(3.23eV)更窄,這表明鉍系半導(dǎo)體光催化劑普遍具有比TiO2更強(qiáng)的光學(xué)吸收性能。Bi-X-O的帶隙隨鹵素原子X的序數(shù)增大而減小。其中BiOI的帶隙最窄,僅為1.76—1.85eV,且比Bi-O和Bi-Y-O的帶隙更窄;BiOBr與Bi-O,Bi-Y-O的帶隙比較接近,均在2.1—3.1eV范圍內(nèi);BiOCl的帶隙最寬,為3.19—3.6eV,與TiO2帶隙相當(dāng)。由此可見,鉍系半導(dǎo)體光催化劑的光吸收范圍不像TiO2僅局限于紫外光區(qū),其在可見光范圍內(nèi)也有良好的吸收性能,這是它們共同的特征,也是其優(yōu)勢所在。對比分析Bi-O、Bi-Y-O、Bi-X-O及TiO2的價帶(或?qū)?軌道可知,TiO2的價帶僅由O2p軌道組成,而Bi-O和Bi-Y-O的價帶由Bi6s和O2p雜化軌道組成,Bi-X-O的價帶由Xnp(n=3、4、5,分別對應(yīng)于X=Cl、Br、I)和O2p雜化軌道組成;TiO2的導(dǎo)帶由Ti3d軌道組成,而Bi-O和Bi-X-O的導(dǎo)帶由Bi6p軌道組成,Bi-Y-O的導(dǎo)帶由Ymd(m=3、5、3,分別對應(yīng)于Y=Ti、W、V)軌道組成。雖然各實驗室測得的Bi(或-Y或-X)-O及TiO2價帶和導(dǎo)帶位置有所差別,但對這些數(shù)據(jù)分析不難發(fā)現(xiàn),Bi(或-Y或-X)-O和TiO2的價帶位置均大于1.23V;Bi(或-Y或-X)-O的導(dǎo)帶位置均比TiO2更正,且都大于0,而TiO2的導(dǎo)帶位置小于0。因此,Bi(或-Y或-X)-O和TiO2均滿足分解水產(chǎn)氧的價帶要求,TiO2滿足分解水產(chǎn)氫的導(dǎo)帶要求,而Bi(或-Y或-X)-O不滿足分解水產(chǎn)氫的導(dǎo)帶要求。比較Bi(或-Y或-X)-O和TiO2的光催化活性可知,在可見光照下Bi(或-Y或-X)-O均表現(xiàn)出比TiO2(P25)更高的光催化活性。這一方面是由于TiO2的禁帶寬度較寬(3.2eV),對可見光基本不吸收;另一方面,在鉍系光催化劑中,Bi6s和Bi6p軌道分別參與價帶和導(dǎo)帶構(gòu)成,使得禁帶寬度變窄,光吸收范圍擴(kuò)展到可見光區(qū)。此外,Bi6s和O2p軌道雜化使得價帶更為分散,有利于光生空穴在價帶上的移動,阻礙其與光生電子的復(fù)合。鉍系光催化劑一般具有多種晶相。如氧化鉍有4種主要晶相和2種非化學(xué)計量相,即單斜相α-Bi2O3、四方相β-Bi2O3、體立方γ-Bi2O3、面立方δ-Bi2O3及非化學(xué)計量相Bi2O2.33和Bi2O0.75;鈦酸鉍有Bi4Ti3O12、Bi2Ti2O7、Bi2Ti4O11、Bi12TiO20、Bi20TiO32等