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新兴的多元铋系光催化剂:结构分类、制备、改性及应用

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光催化技术能够利用太阳能实现污染物降解和能源物质合成,被认为是解决环境污染和能源短缺两大难题的极具潜力的方法之一.探索新型光催化剂是推进光催化技术发展的重要途径.铋系光催化剂因具有独特的晶体结构、良好的杂化电子能带结构和多元的化学组成而表现出较好的光催化性能.多种传统铋系光催化剂已被广泛的制备和研究,它们具有不同的光吸收能力以及氧化还原能力,已经在污染物降解、水分解产氧等应用中取得成效.近年来越来越多的新型多元铋系光催化剂被开发,为不同的光催化反应提供了更多催化剂选择.因此有必要对近几年开发的新型铋系光催化材料进行总结,并为铋系光催化材料研究和发展提供一定的参考.本文综述了近十年共60余种新兴多元铋系光催化剂的研究进展,从多个角度进行系统的梳理和总结.首先,对60余种新型铋系光催化材料进行了汇总,并根据晶体结构构型进行了分类,包括Sillén,Sillén-related,Aurivillius,Sillén-Aurivillius以及其他结构类型共5大类,每种材料都具有从原子尺度到宏观尺度的独特结构,因此本文进一步对新型铋系材料的结构性规律进行了总结,主要分为层状铋系化合物和非层状铋系化合物.在此基础上,概括了材料的合成方法,目前多元铋系光催化材料的合成方法主要为水热溶解热法和高温固相法,分别讨论了不同合成方法对不同结构类型材料制备的优势,尤其在获得高性能的光催化剂方面,材料合成方法起到决定性作用.此外,归纳了针对提高新兴多元铋系光催化剂性能的修饰策略.材料改性修饰是目前铋系材料研究的热点,适当的合成方法结合相应的改性修饰可以获得更理想的光催化材料,阐述了形貌调控、特定晶面暴露、异质结构建、极性电场构建等方法对新型铋系材料性能促进的机理,并对各种策略存在的优缺点进行了总结.同时概述了新型多元铋系材料在不同光催化应用领域的进展,包括液体和气体污染物的降解、水裂解生成氢气和氧气、二氧化碳还原、固氮、硫化氢裂解生成氢气、有机合成等,为拓展不同多元铋系光催化剂的应用领域提供参考.最后,本文对新型多元铋系材料目前仍存在的关键问题以及未来的研究趋势进行了展望,希望能为铋系材料的进一步研发提供一定的启发.
Emerging polynary bismuth-based photocatalysts:Structural classification,preparation,modification and applications
Photocatalysis is widely recognized as a promising technique for addressing energy and environ-mental challenges.Exploring novel photocatalysts represents a crucial avenue for advancing the development of photocatalytic technology.Bismuth(Bi)-based photocatalysts have garnered signif-icant attention due to their distinctive crystal structure,favorable hybrid electronic band structure and diverse composition.In recent years,numerous polynary Bi-based(PBB)photocatalysts have been investigated,which exhibit excellent photocatalytic performance.However,most reviews still primarily focus on summarizing traditional materials,it is necessary and urgent to provide a com-prehensive review of emerging PBB photocatalysts reported in recent years.This review encom-passes the latest advancements in emerging PBB photocatalysts over the past decade(approxi-mately 60 species),covering crystal structure,synthesis method,modification approaches and ap-plication areas.This review provides a concise summary and offers insight into future research trends of emerging PBB photocatalysts and guidance for finding suitable applications based on their crystal structures.

Bi-based materialsPhotocatalysisCrystal structureLayered structurePhotocatalytic application

李敏、于世新、黄洪伟

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北京林业大学环境科学与工程学院,水体污染源控制技术北京市重点实验室,污染水体源控制与生态修复技术北京市高等学校工程研究中心,北京 100083

北京林业大学,林木资源高效生产全国重点实验室,林木生物质化学北京市重点实验室,北京 100083

中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,地质碳储与资源低碳利用教育部工程研究中心,非金属矿物与固废资源材料化利用北京市重点实验室,矿物岩石材料开发应用国家专业实验室,北京 100083

铋系材料 光催化 晶体结构 层状结构 光催化应用

国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金

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2024

催化学报
中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所

催化学报

CSTPCD
影响因子:1.269
ISSN:0253-9837
年,卷(期):2024.57(2)
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