摘要
光催化技术作为一项绿色太阳能转化技术，在解决环境污染和能源短缺问题上展现出了巨大的应用前景。为了实现高效的光能至化学能转化，光催化材料不仅要满足高的可见光利用率还要满足高的量子效率。自钒酸铋(BiVO4)首次被报道用于分解水产氧以来，BiVO4便因其良好的可见光响应和优秀的氧化能力受到了广泛的研究。然而，单体BiVO4存在着载流子复合效率高、还原能力差等缺点，这在一定程度上限制了它的发展。构建BiVO4基复合材料不仅可以有效地促进光生电子空穴对的分离还可以拓展其对可见光的响应范围。为了解决以上问题，本研究以构建异质结构为出发点，采用界面迁移调控和压电电场引入等策略对BiVO4的光催化活性进行优化，实现了BiVO4在光催化分解水产氧和污染物消除等方面性能的提升。 (1)为了提升BiVO4的载流子分离效率并改善其氧化还原能力，我们通过一步水热法合成了二维片状BiVO4/Bi4V2O10异质结构，用于模拟太阳光下还原Cr(Ⅵ)和分解水产氧。通过调节反应溶液的pH，调控了催化剂的物相组成和微观形貌。Bi4V2O10的引入改善了BiVO4的可见光吸收能力。不同基元相界面结构融合的优化不仅缩短了载流子的传输距离还提供了更多的光吸收和反应活性位点。经典型载流子迁移方式有效地提升了氧化还原能力，BiVO4/Bi4V2O10异质结构展现出了优异的还原Cr(Ⅵ)和分解水产氧能力。 (2)为了抑制异质结构中光生载流子在传输途中的复合，我们设计引入2D压电材料Bi4Ti3O12与BiVO4/Bi4V2O10构建三元Bi4Ti3O12/BiVO4/Bi4V2O10异质结构。借助超声作用产生的周期性压电电场为光催化材料内部光生载流子的持续分离提供额外的驱动力，达成光生电子与空穴的持续动态分离。超声诱导压电电场不断驱动光生载流子迁移至材料表面，减少了载流子的复合。全固态Z型异质结的电荷迁移路径促使光生电子和空穴分别积聚在不同基元上，提升了催化剂的氧化还原能力。在压电电场和异质结构的协同作用下，催化剂还原Cr(Ⅵ)和分解水产氧能力比只有光照的条件明显提升。 (3)为了改善BiVO4的还原能力，我们设计引入导带位置较负的C3N5纳米片与十面体BiVO4构筑具有紧密界面接触的C3N5/BiVO4异质结构。2D/3D形貌的Z型异质结构不仅为不同基元间载流子迁移提供更多通道，减少了光生电子空穴对的复合，而且Z型载流子传输方式使电子和空穴分别积聚在C3N5和BiVO4上，提升了催化剂的光氧化还原活性。C3N5/BiVO4异质结构表现出了比单体C3N5和BiVO4更优秀的氧化分解有机染料的能力。
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