● 摘要
元素周期表中，p区元素的外层电子构型为ns2np1-5，该区元素之间构成化合物时，外层电子轨道杂化类型为sp杂化。由于p轨道具有各向异性的特点，sp杂化能够形成弥散、尖锐的能带，产生有效质量更轻的电子和空穴，具有更高的载流子迁移速率。p区半导体被认为是一族新型的可见光光催化剂。
铋的卤氧化物属于p区化合物，它们通常呈现层状的晶体结构，卤族元素层[Xm]n−与铋氧层[Bi2O2]2+之间的静电相互作用能够促进光生电子-空穴对的分离。因此铋的卤氧化物在光催化领域中有独特的优势。通过改变Bi、O、Cl之间的原子比可以调控半导体的能带结构，从而改变其光催化性能。我们研究小组通过能带设计，发现了一种新型的光敏化可见光光催化剂Bi24O31Cl10。第一原理计算表明，Bi24O31Cl10具有较小的禁带宽度，且导带底和价带仅由 p态和sp态组成，形成了弥散的能带结构, 光生载流子具有较轻的有效质量，有利于载流子的迁移。同时，实验表明：Bi24O31Cl10具有良好的可见光响应；以罗丹明B作为目标污染物，在光敏化性能的促进下，Bi24O31Cl10表现出较好的可见光光催化性能。此外由于具有合适的能带电位和高效的电子迁移率，Bi24O31Cl10也可作为电极材料来制备染料敏化太阳能电池，合成电池的转换效率达到了1.5 %。该研究表明，通过对p区半导体进行能带设计，有希望发掘出新型的可见光光催化剂和光伏材料。
采用乙醇作为有机溶剂，利用超声剥离的方法成功制备出了BiOI超薄纳米片。BiOI片层之间的分子键被打断，从而生成了二维结构的超薄纳米片。通过TEM可知，BiOI超薄纳米片的暴露面为(001)面，能够提升光生载流子的迁移速率，从而有效的抑制光生载流子的复合。因此，BiOI (001)面的暴露比例大大增加，光生载流子的分离效率增加，光催化活性得到了极大提升。超声剥离后的BiOI超薄纳米片的光催化效率较体相BiOI有了明显的提升。
调节水热体系的pH值制备出了不同形貌的BiOBr纳米片，即pH=2时，BiOBr为圆形纳米片，pH=6时，BiOBr为方形纳米片。水热体系的pH值升高，生成BiOBr纳米片的禁带宽度减小，吸光增加；光电响应减小，并且光催化活性降低。