快速的经济发展、科技进步和工业化带来了许多问题,其中最严重的是环境污染和能源枯竭[1]。因此,迫切需要寻找可持续和清洁的能源来解决这两个问题。作为廉价、无污染、高能量且取之不尽的能源,太阳能已成为当代能源利用领域的主要研究方向[2]、[3]、[4]。作为一种基于太阳能的绿色技术,光催化在解决环境问题和能源危机方面具有巨大潜力[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。目前,光催化技术已广泛应用于能源转换和环境修复。光催化技术的核心是光催化剂,因此开发高效的新型可见光光催化剂在光催化领域具有重要意义[10]、[11]、[12]。
自1967年藤岛和本田发现TiO2可以光解水以来,光催化技术受到了关注。然而,TiO2的带隙宽度(约3.2电子伏特)仅对紫外线有响应,而紫外线占太阳光的不到5%,导致太阳能利用率非常低[13]、[14]、[15]。为了有效利用太阳光的可见光进行光催化反应,研究人员致力于开发新型高效光催化剂。迄今为止,已经开发出许多类型的光催化材料,并对其光催化性能进行了表征,如g-C3N4、CdS、金属有机框架(MOFs)、共价有机框架(COFs)和基于铋的材料等[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。其中,基于氧化铋的光催化材料因其优异的可见光活性、独特的晶体结构、复杂的原子配位、可调的带隙和独特的物理化学性质而成为新型光催化剂的研究重点[29]、[30]。通过O 2p和Bi 6s轨道的杂化,Bi(III)形成了空间分散的价带,这种电子构型降低了带隙,使其具有优异的可见光光催化性能[31]、[32]。此外,Bi 6s轨道中孤对电子的畸变可能导致O 2p和Bi 6s轨道之间的显著重叠,有利于提高光生载流子的迁移效率并降低带隙值。所有这些因素共同赋予了其高的可见光光催化活性。
值得注意的是,在基于铋的半导体材料中,铋钼酸盐是一种可以直接响应可见光的直接带隙半导体。目前,已经合成了几种铋钼酸盐光催化剂,包括传统的α-Bi2Mo3O12、β-Bi2Mo2O9、γ-Bi2MoO6以及非传统的Bi3.64Mo0.36O6.55、Bi2.38Mo0.81O6、Bi3.2Mo0.8O7.5等[33]、[34]、[35]、[36]。在这些铋钼酸盐中,γ-Bi2MoO6因其独特的层状结构而受到广泛关注。然而,关于非传统铋钼酸盐的研究较少。尽管研究较少,但非传统的BixMoyOz光催化剂在最近的研究中显示出在可见光驱动的太阳能利用方面的巨大潜力。作为一种基于铋的半导体材料,非传统的BixMoyOz通常具有正的导带(CB)。由于[MoO6]八面体畸变为[MoO4]四面体,它具有合适的能带、易于合成、高催化活性、高物理化学稳定性和优异的热稳定性,成为环境修复和能源生成领域的研究热点[9]、[37]、[38]、[39]、[40]、[41]、[42]、[43]、[44]。鉴于这些优势,非传统的BixMoyOz光催化剂是一种有前景的光催化半导体材料,开发具有优异光催化性能的非传统BixMoyOz基复合材料已成为当前的研究热点。目前,尚未有关于非传统Bi2MoO6光催化材料的综述,因此有必要及时进行概述,总结最新的关键进展、发展趋势和新兴领域。图1a展示了近年来用于光催化反应的非传统BixMoyOz基光催化剂的重要发现时间线。2010年,非传统BixMoyOz光催化剂首次应用于光催化降解领域。
本文综述了非传统BixMoyOz在各种光催化应用中的最新进展,包括类型、合成方法、改性策略和应用(图1b)。首先,我们总结了基于BixMoyOz的光催化剂的多样性和带结构,并分析了不同改性策略与光催化性能之间的关系,以及它们在各个光催化领域的应用。最后,我们指出了优化基于BixMoyOz的光催化剂的挑战和未来机遇。这项工作有望为基于BixMoyOz的光催化剂的设计和调控提供有价值的见解,推动更先进的基于BixMoyOz的光催化剂的发展。