摘要
随着全球水污染问题日益严峻，开发高效可见光响应光催化剂成为环境治理的迫切需求。Bi?WO?因其层状结构和可见光响应能力备受关注，但其实际应用受限于光生载流子复合率高及可见光吸收范围窄等缺陷。本文以Zn为掺杂元素，通过水热法制备了不同Zn掺杂量（0.5%、1%、2%、5%、15%）的Bi?WO?复合光催化剂，系统研究了掺杂对其结构、光学性能及光催化活性的影响。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）表征发现，适量Zn掺杂（5%）通过Zn2?部分取代Bi3?引发晶格畸变，增强W-O和Bi-O键的振动活性，同时引入氧空位和羟基活性位点，拓宽可见光吸收范围（吸收边缘从620nm红移至480nm，带隙由2.7eV缩小至2.58eV）。光催化降解实验表明，5%Zn-BWO对甲基橙（MO）的降解率高达94%，显著优于纯Bi?WO?（68%），其性能提升可能归因于带隙优化、载流子分离效率提高及表面活性位点增加。然而，过量掺杂（15%）导致晶界缺陷累积、ZnO杂相生成及表面活性位点钝化，使降解率降至77%。研究表明，Zn掺杂存在“阈值效应”——适量掺杂通过缺陷工程优化性能，过量则因结构破坏与杂相干扰导致性能劣化。本研究为铋基光催化剂的精准改性提供了理论依据，并为其在有机污染物治理中的应用奠定了基础。
关键词：Zn掺杂；Bi?WO?；光催化剂；可见光响应
Abstract
Withtheincreasinglysevereglobalwaterpollutionproblem,thedevelopmentofefficientvisiblelightresponsivephotocatalystshasbecomeanurgentneedforenvironmentalgovernance.Bi?WO?hasattractedmuchattentionduetoitslayeredstructureandvisiblelightresponsiveness,butitspracticalapplicationislimitedbydefectssuchashighrecombinationrateofphotogeneratedchargecarriersandnarrowvisiblelightabsorptionrange.ThisarticleusesZnasadopingelementandpreparesBi?WO?compositephotocatalystswithdifferentZndopinglevels(0.5%,1%,2%,5%,15%)byhydrothermalmethod.Theeffectsofdopingontheirstructure,opticalproperties,andphotocatalyticactivityaresystematicallystudied.CharacterizationusingFouriertransforminfraredspectroscopy(FT-IR)andultravioletvisiblediffusereflectancespectroscopy(UVVisDRS)revealedthatmoderateZndoping(5%)causedlatticedistortionbypartiallyreplacingBi3?withZn2?,enhancingthevibrationalactivityofW-OandBi-Obonds,whileintroducingoxygenvacanciesandhydroxylactivesites,broadeningthevisiblelightabsorptionrange(absorptionedgeshiftedfrom620nmto480nm,bandgapreducedfrom2.7eVto2.58eV).Thephotocatalyticdegradationexperimentshowedthatthedegradationrateofmethylorange(MO)by5%ZnBWOwasashighas94%,significa