梁博涵

摘 要：Bi2WO6作为一种常见的光催化材料被人们广泛研究，可用于光催化技术治理环境污染问题，其光催化性能可以通过掺杂改性得到明显提高。本文论述了Bi2WO6光催化材料的结构与性质，介绍了几种Bi2WO6复合光催化材料，包括Ag- Bi2WO6光催化复合材料，g-C3N4/Bi2WO6复合光催化材料，共掺杂光催化材料，石墨烯复合Bi2WO6光催化材料以及它们的制备方法。最后对上述内容进行了总结与展望。

关键词：钨酸铋;Ag-Bi2WO6复合光催化材料;g-C3N4/Bi2WO6复合光催化材料

中圖分类号：TQ426.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0218-02

0 引言

全球面临的环境污染问题日趋严重，而传统降解污染物的方法具有局限性，如存在二次污染、降解不充分等问题，所以开发新的污染治理方法十分必要。光催化技术是一种在光催化材料的作用下将光能转化成化学能降解污染物的新兴技术，在治理污染方面具有降解充分，高效清洁等巨大优势，这无疑为全球环境问题提供了一种解决方法。

光催化材料在光催化技术中起着媒介的关键作用，光催化材料的优劣往往决定了光催化反应的效率。但是常见的光催化材料（如TiO2）存在许多不足之处，如可见光利用波长范围小、空穴与电子易复合等。而钨酸铋（Bi2WO6）是一种新型的含氧酸盐光催化材料，具有较高稳定性。Zou等人报道Bi2WO6在光照下不仅表现出光催化活性，而且可以矿化水中的CH3Cl、CH3CHO等有机污染物，之后又通过水热法制备出了活性较高的Bi2WO6纳米颗粒。自此，Bi2WO6光催化材料降解有机物已经显现出了巨大的研究价值。

1 Bi2WO6光催化材料

1.1 Bi2WO6的结构与性质

Bi2WO6是一种n型宽带隙新型半导体光催化材料。Bi2WO6晶体是典型的钙钛矿层状结构。它的禁带宽度（Eg）为2.7eV左右，窄于TiO2的带隙[1]。拥有较窄的禁带宽度使Bi2WO6能在可见光区域发生光能响应。

陈渊等[1]人研究发现可见光照下Bi2WO6在15min内对甲基橙的降解率可达100%，并且在循环反应5次后仍有光催化降解性能，光催化活性基本没有改变，证明了Bi2WO6光催化材料具有较高的稳定性。

1.2 Bi2WO6的制备方法

Bi2WO6的常用制备方法有水热法，固相法，溶胶-凝胶法等。

合成Bi2WO6光催化剂的最常用方法是水热法。刘瑛等[2]人以Bi（NO3）3·5H2O和Na2WO4·2H2O为原料，采用水热法合成了Bi2WO6;在180℃、不同pH下反应24h后的形貌会发生改变。当pH=7时，产物的结晶性最好。也可使用固相烧结的方法，将Bi元素和W元素的固体氧化物或盐机械混合，直接在1000℃左右烧结得到Bi2WO6。但这种方法制备的产物通常颗粒半径大，光催化性能不高。

品质最佳的纯Bi2WO6的催化性能依然可以继续提高，可以通过掺杂等方式进一步改善。常见掺杂（复合）的改进方法有金属离子掺杂、g-C3N4复合、共掺杂、石墨烯复合法等。

2 Ag-Bi2WO6复合光催化材料

2.1 原理

Ag是良好的导体，故将Ag沉积到Bi2WO6材料的表面可捕获光生电子，可以有效地阻止电子-空穴对复合[1]。而Bi2WO6光催化材料的能带结构也因Ag的掺杂得到改善，从而提高Bi2WO6材料的光催化活性。此外，Bi2WO6光催化材料的比表面积因掺杂了金属Ag而得到扩大，使其更高效更快速地分解污染物。

2.2 制备

制备Ag-Bi2WO6光催化剂的常见方法有溶胶-凝胶法，水热法等。

罗序燕等[1]人采用溶胶-凝胶法制备了Ag-Bi2WO6新型复合光催化材料。Ag/Bi2WO6相比与纯Bi2WO6，能在界面上分离光生电子和空穴，提高其光催化性能。掺杂量为0.8%的Ag/Bi2WO6在可见光条件下能够降解95.40%的亚甲基蓝（MB），而纯Bi2WO6在相同条件下的降解率仅有73.76%。这表明掺入Ag复合后的Bi2WO6光催化材料具有更高的光催化活性。

3 g-C3N4/Bi2WO6复合光催化材料

3.1 原理

g-C3N4是一种半导体聚合物，能够利用波长小于475nm的光，禁带宽度约为2.7eV。g-C3N4/Bi2WO6复合光催化材料，在扩增光吸收范围的同时，也可以促进光生电子在材料界面的分离和迁移，提高了它的光催化性能。这种掺杂方法也是目前的主流改性方法之一[1]。

3.2 制备

制备这种光催化材料可以采用制备半导体复合光催化材料的常用方法，如水热法等。

Hao等[1]人通过单步水热法制成了g-C3N4/Bi2WO6复合光催化剂，g-C3N4掺杂的比例达到30%。在可见光照射下，该光催化材料对Rhb（罗丹明B）表现出最优良的光催化活性，120min内可以降解99.3%的Rhb，对比于纯样的Bi2WO6光催化材料提高了21%。

4 共掺杂Bi2WO6复合光催化材料

4.1 原理

共掺杂是指通过金属之间、金属和非金属、非金属之间掺杂Bi2WO6以及非金属氧化物的复合来提高Bi2WO6光催化活性的一种方法。通过多物质共同掺杂，使整体光催化材料的能带结构得到大幅度改良，光响应范围得到提升。同时在一定程度上使各种材料的优点叠加且缺点互补，从而提高其光催化活性，使其更高效彻底地催化分解污染物。

4.2 制备

赵伟硕等[4]人采用超声法制备Ag-Bi2WO6-TiO2光催化材料。将TiO2溶胶与Ag-Bi2WO6混合，经超声波处理后干燥、煅烧，制得Ag-Bi2WO6-TiO2光催化材料。实验证明，Ag-Bi2WO6-TiO2材料与超声波、臭氧组合对甲基橙的降解率高达93%以上。Lai K等[5]人制备了N与Mo共掺杂的Bi2WO6复合物。实验表明，相比于纯Bi2WO6，这种复合后的光催化材料禁带宽度更低，光催化活性更高。

5 石墨烯復合Bi2WO6光催化材料

5.1 原理

石墨烯是由单层C原子SP2杂化堆积而成的二维蜂窝状晶格结构，具有较大的比表面积和突出的导热导电性能。研究表明石墨烯能迅速的转移光生电子，促进电子与空穴的分离，具有较大的比表面积与较高的电子迁移率，可以用于合成高效复合光催化剂[5]。

5.2 制备

Zhuang Jiang等[6]人通过水热法合成这种光催化材料，发现在石墨烯的存在下Bi2WO6的洁净度会降低，比表面积减小，进而改变Bi2WO6的光催化性能，还发现石墨烯与Bi2WO6之间形成了W-O-C键，提高了光生载流子的迁移速率。王萍等人通过沉淀法制备得到了花状石墨烯-Bi2WO6复合光催化材料，发现石墨烯的含量在0.1wt%～ 0.5wt%时，石墨烯-Bi2WO6复合光催化材料对甲基橙的降解率有加强。当石墨烯的含量进一步增加时，光催化效率有所下降，但仍然比纯Bi2WO6的光催化效率高，可见石墨烯复合Bi2WO6光催化材料确实可以提高对有机物的光催化分解效率。

6 结论与展望

本文介绍了一种新型光催化剂Bi2WO6的结构与性质以及对其光催化性能的改进方法。Ag-Bi2WO6复合光催化材料由于有金属离子的掺杂使其载流子复合率降低，从而提高其光催化性能，制备Ag-Bi2WO6光催化剂的常见方法有溶胶-凝胶法，水热法等;g-C3N4复合Bi2WO6光催化材料可以拓宽Bi2WO6光催化材料的能带响应范围，从而提高其光催化效率，制备这种光催化材料可以采用一般的制备半导体复合光催化材料的方法，如水热法等;共掺杂Bi2WO6光催化材料通过多物质共同掺杂，整体材料的光响应范围得到提升，常见的制备方法有水热法、溶胶—凝胶法等;石墨烯复合Bi2WO6光催化材料通过发挥石墨烯的作用，使其对可见光的响应范围变宽，常见的制备方法有水热法等。

近年来，光催化材料由于其独特的重要性一直被人们重点研究，其中Bi2WO6由于其适宜的禁带宽度、较强的氧化还原能力等突出的性能而具有很大潜质。光催化技术走向实践生产的关键即为通过掺杂其他物质对光催化材料性能进行改进。但现阶段来说人们对光催化材料掺杂的研究仍然不够全面，缺乏系统的方法以及科学的理论体系，这直接导致了Bi2WO6系列光催化剂无法大规模投入工业生产，无法商业化，阻碍了对其的研究开发进展。所以，在今后的研究开发中，要加大对理论的研究力度，加强对实验的重视程度，找到最科学有效的改进方案，使光催化技术广泛应用于人们的生活。

参考文献

[1] 吉亮亮，同帜，马敏敏，et al.钨酸铋基光催化材料的研究进展[J].山东化工，2018（12）.

[2] 刘瑛.系列Bi2WO6纳米材料的合成、表征及性能研究[D].武汉理工大学，2011.

[3] 吉亮亮，邹帅，沈明荣，et al.Radio Frequency Underwater Discharge Operation and Its Application to Congo Red Degradation[J].等离子体科学和技术（英文版），2012，14（2）：111-117.

[4] 顾立勇.超声、臭氧协同复合氧化物体系光催化的研究[D].江苏大学，2010.

[5] 王春来，李钒，杨焜，刘长军，田丰.碳量子点-二氧化钛复合光催化剂的研究进展[J].材料导报，2018，32（19）：3348-3357.

[6] Diller E， Zhuang J， Guo Z L， et al. Continuously distributed magnetization profile for millimeter-scale elastomeric undulatory swimming[J]. Applied Physics Letters， 2014，104（17）：174101-174101-4.