晶面调控及异质结构建对BiOCl半导体光催化性能的
影响
摘要
随着化石能源的消耗过度，环境受到破坏和能源供应紧张问题的日益加重，
全球研究人员正在积极寻找可替代的绿色能源。科技与工业的迅猛发展带来了众
多新兴行业的兴起，这些行业产生的大量工业废料被倾倒进地下水，对生态环境
和人类赖以生存的水资源造成了严重破坏。目前，环境污染和大气破坏已成为现
实问题，有色染料和无色抗生素对水环境造成破坏。因此，保护和修复环境生态
已成为研究热点。在此背景下，半导体光催化技术主要利用太阳能，因其清洁能
源、高效无污染等优势，被看作是解决水污染问题的理想选择之一。不过，传统
光催化剂如二氧化钛(TiO)在环境修复中，存在光谱响应范围有限和光生载流子
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分离效率低下的问题，这限制了其应用的广泛性。氯氧化铋(BiOCl)因其独特的内
部层级和恰当的带隙宽度，被研究人员广泛认定为有着开发潜力的新型半导体光
催化材料。但是，宽带隙约束了其在可见光照射下的催化性能，需要通过各种改
性方法进一步提升其光催化效果。
基于上述理论，本文通过对BiOCl进行晶面调控以及异质结的构建并尝试引
入结构缺陷，从而显著增强其光催化性能。并通过晶面调控，光电化学性质研究
及对不同染料的降解测试对其基础光催化机理进行了讨论分析，得到的主要结论
如下：
在室温下，利用一步化学合成法通过调节表面活性剂CTAC的用量，成功调
控制备出了三种不同高暴露面的BiOCl-(001)、BiOCl-(101)和BiOCl-(110)纳米片。
物相测试结果表明所制备的三种不同暴露面的样品均表现出了沿不同晶面生长的
取向性。通过在可见光下的光降解有机染料的实验测试结果表明，其中BiOCl-
-1
(001)光催化剂具有最佳的光降解效率。对RhB的降解速率常数约为0.738min，
分别为BiOCl-(101)和BiOCl-(110)光催化剂降解速率的2.34倍和4.31倍。为验证
其作为光催化剂的降解普适性，对CIP进行光降解测试，结果仍表明BiOCl-(001)
-1
具有最优的光催化性能，降解常数为0.026min。为验证其可重复性和实际应用
价值，多次重复实验后仍能保持96.65%的光催化活性。通过紫外漫反射测试出
BiOCl-(001)的禁带宽度为3.13eV。通过光致发光，阻抗谱以及瞬态光电流对其
进行了电化学测试，结果均表明BiOCl-(001)具有最小的转移电阻，诱导光生电
子-空穴的分离能力最强，从而显著提高了其光催化性能。活性物种捕获实验确定
-I-
+-
了活性物质h和O在光催化反应中发挥主要的活性作用。
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通过控制NaOH的使用量用两步化学合成法，成功调控制备出了不同比例的
BiO/BiOClⅡ型异质结光催化剂。物相表征测试结果表明成功构建BiO/BiOCl
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Ⅱ型异质结，BiOCl纳米片与BiO纳米颗粒的紧密结合不仅了提高表面吸附能
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力，还通过异质结构建有效提升了电子分离效率。选取MB作为污染物进行降解
时，其中BiO/BiOCl-5光催化剂具有最佳的光降解效率，降解速率常数约为
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-1
0.077min，分别为纯相BiOCl、BiO/BiOCl-1和BiO/BiOCl-10光催化剂的5.6
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倍、3.6和5.5倍。对CIP的降解测试结果表明BiO/BiOCl-5具有最优的光催化