“…光催化降解有机污染物在污水净化领域具有广 阔的应用前景 [1] 。钒酸铋(BiVO 4 )是一种典型的半导 体光催化剂, 其禁带宽度为 2.45 eV, 且具有化学性能 稳定和无毒等特点, 受到了广泛关注 [2][3][4] 。在 BiVO 4 的众多物相中, 具有单斜白钨矿结构的 BiVO 4 催化 性能最优, 这是由于单斜相中 Bi-O 多面体畸变程 度高, 有利于光生电子-空穴对的产生与分离 [5] 。然 而, BiVO 4 仅吸收部分可见光, 太阳能利用率低。因 此, 如何提升这类材料的光吸收效率是当前研究的 重点。 通过掺杂可以调控 BiVO 4 的禁带宽度, 提升光 吸收效率。Zhou 等 [6] 通过 Co 掺杂成功将其禁带宽 度降低至 2.39 eV, 光催化反应 5 h 后, MB 降解率提 升 20%。He 等 [7] 采用模板法制备了 Cu 掺杂 BiVO 4 纳米棒, 获得的最低禁带宽度为 2.02 eV。Regmi 等 [8][9] 采用水热法合成了 Fe 或 Ni 掺杂的 BiVO 4 , 获 得的最小禁带宽度约为 2.37 eV。此外, 研究人员还 尝试利用 Mo、W、In、Ln (Ln=Y、La、Sm、Gd)等元 素对 BiVO 4 进行掺杂, 但未能有效减小其禁带宽 度 [10][11][12][13][14][15][16][17] 。 然而, 掺杂对禁带宽度的调控范围有限, 且 杂质能级通常是光生电子-空穴对的复合中心。因此, 探索基于 BiVO 4 的新型窄带隙半导体具有重要的科 学意义和实用价值。 向 BiVO 4 体系中引入合适的结构基元, 形成具 有不同结构功能区的 Bi-M-V-O 多元化合物体系可 以有效调控其禁带宽度。 目前, 四元 Bi-M-V-O 体系 的化合物主要有 BiCdVO 5 、BiMnVO 5 、BiM 2 VO 6 (M=Zn、Cd)、BiCu 2 VO 6 、BiAe 2 VO 6 (Ae=Mg、Ca) 等 [18][19][20][21][22][23] 。 其中 Ae 元素的电正性较强, 会增大体系的 禁带宽度。过渡金属 Zn 和 Cd 中满占据的 nd 轨道 能量较低, ns 空轨道能量较高, 对费米能级附近的 能带结构贡献少, 难以调控其禁带宽度。Bhim 等 [24] 采用固相法制备了 BiCdVO 5 , 其禁带宽度(2.45 eV) 与 BiVO 4 接近, 且在光催化苯甲醇转化为苯甲醛的 反应中表现出较高的活性和选择性。部分占据的 Cu 2+ 3d 轨道和 Mn 2+ 3d 轨道可以有效抬升价带能量, 从而降低材料的禁带宽度。Liu 等 [25] 采用固相法制 备了 BiCu 2 VO 6 , 其禁带宽度为 2.1 eV, 且表现出优 于 BiVO 4 的光催化性能。然而, BiCu 2 VO 6 的禁带宽 度未在最佳光吸收的范围内((1.50.3) eV), 光吸收 效率仍较低。图 1 为引入 Mn 2+ 导致禁带宽度降低的 示意图。MnO 的价带顶为 Mn3d 和 O2p 轨道, 导带 底为 Mn3d 轨道, 禁带宽度为 3.8 eV [26][27] ; 而 BiVO 4 的价带顶为 Bi6s 和 O2p 轨道, 导带底为 V3p 轨道, 禁带宽度为 2.45 eV [28]…”