针对这一问题，人们设计了许多禁带宽度较窄能够吸收利用可见光的光催化剂，如Bi2WO6[4]、InVO4[5]、CaBi2O4[6]等，都获得了不错的评价。随着可见光催化剂研究的不断深入，光催化剂对自然光的吸收波段也被大大拓宽了，光催化技术对太阳能的利用率也有所提高。随着光催化剂产生光生载流子速率变大，其在自然光环境下的光催化效果也有明显的提高。近年来，带隙较窄的可见光催化剂钒酸铋和石墨相氮化碳由于都能够对可见光发生响应，越来越受到人们的关注[7-11]。它们可见光条件下都有不错的光催化活性。

1。2  半导体光催化剂催化降解有机污染物机理

光催化剂作为光催化技术最核心的部分是人们研究光催化技术的重点，现如今所研究使用的光催化剂大多是由半导体材料组成。半导体材料由于其特殊的内部结构，在光学等方面都有与其他材料不同的性质。

图1。1 光催化降解有机污染物机理示意图

半导体材料最大的特点就是其能带结构是不连续的。半导体晶体在内部分子轨道之间的相互作用下，最高占据轨道（HOMO）相互作用形成价带（Valence band），最低空轨道（LUMO）相互作用形成导带（Conduction band），而价带和导带之间的一个没有电子的区域被称为禁带，导带与价带之间的能级差被称为禁带宽度。通常情况下，价带上的电子不能自由移动较为稳定，但是价带上的电子能够通过吸收一定的能量被激发跃迁到导带上形成能够自由移动的化学活性更好的光电子[12]。如图1。1所示，处于基态的半导体因其没有自由电子可以发生反应，具有较强的化学稳定性；然而当半导体受到光照射时，并且光子提供的能量超过带隙能时，价带上的电子就会吸收能量被激发，跃迁到导带上，产生能够在晶体内部自由移动的化学活性极强的光生电子；而相对的，在价带上就会产生光生空穴；这样就导致半导体材料内部产生了大量能够自由移动的光生电子-空穴对。光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性，当它们移动到半导体表面时就会发生一系列氧化还原反应[3]：

在这一系列的氧化还原反应过后，工业废水中的有机污染物最终被光催化剂产生的光生电子和空穴分解为可以安全排放的二氧化碳和水以及一些小分子化合物。

    在光催化过程中，参与光催化反应的主要为光生电子和空穴。但由于光生载流子的平均寿命非常短（一般为几百皮秒），光生电子和空穴在移动中很容易发生复合，将吸收的太阳能又以热的形式消耗掉，这样明显降低了光生电子-空穴对的利用率，降低了太阳能的利用率。一般需要通过改性，来降低半导体光催化剂中的光生电子和空穴重新复合的速率[13]，从而提高光催化降解活性。

所以，一种良好的光催化材料既要能够高效地利用太阳能，提高光生电子和空穴的产生速率；又要能够使半导体内部的光生电子和空穴较长时间分离，提高光生载流子的利用率。

1。3  钒酸铋简介文献综述

钒酸铋（BiVO4），颜色为亮黄色，又称184黄，是一种无机半导体材料，对环境无污染，对人体无害，而且钒酸铋具有很好的化学稳定性，目前主要应用于颜料的生产和研发。由于BiVO4具有禁带宽度窄、太阳光利用率高、对生物无毒对环境无污染无污染、化学稳定性高等优点，其在半导体光催化材料方面的研究也受到广泛关注。

BiVO4具有三种晶体结构：单斜白钨矿相(monoclinic scheelite)、四方白钨矿相(tetragonal scheelite)、四方锆英石相(tetragonal zircon)[14-15]。其中，单斜白钨矿BiVO4晶体的禁带宽度约为2。4eV，比其他两种晶型都要窄，既可以吸收紫外光，也可以吸收波长在400～700nm范围内的可见光，所以在可见光照射下相比于其他两种晶型具有更好的光催化活性[16-18]。但由于BiVO4的导带边缘电位位于0V左右（对比标准氢电极），与O2的单电子还原电势接近，晶体表面的光生电子不容易与水中的溶解氧反应，增加了光生电子与空穴复合的可能性，因此BiVO4的可见光催化活性需要通过改性来提高。