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本文聚焦锡酸铋（Bi2Sn2O7，BSO）半导体。阐述其因独特性能在光催化领域的潜力，介绍合成、改性策略，如掺杂、构建 Z/S 型异质结等，探讨在抗生素等污染物降解中的应用，分析挑战与前景，值得相关领域研究者阅读。
引言
水污染已严重威胁生态系统和人类健康，水中存在多种化学性质稳定且有毒的污染物，如甲基橙、罗丹明 B 等染料，四环素、大环内酯类等抗生素，持久性 / 挥发性有机化合物以及双酚 A、氯酚等酚类化合物。受这些污染物污染的水体不适合环境，引发了水资源短缺的严峻问题。
为解决水污染问题，人们采用了絮凝、混凝、吸附、臭氧化和离子交换等多种传统和物理方法，但这些方法存在一定局限性。光催化作为一种清洁、可再生的过程，能将光能转化为化学能，在环境污染治理和 CO2减排方面具有巨大潜力。半导体驱动的光催化可降解有机污染物、促进水分解并利用光能进行环境净化。然而，像 WO3、ZnO 和 TiO2等常见半导体光催化剂，存在可见光响应范围有限和光生电子（e-）与空穴（h+）复合速度快等关键问题。例如，TiO2带隙为 3.2eV，只能吸收太阳辐射中占比很小的紫外线。窄带隙半导体虽能增强对太阳辐射的吸收，但会降低光生 e-和 h+对的氧化还原电位。因此，单一的宽带隙或窄带隙半导体难以实现高效光催化性能，需要通过异质结形成、助催化剂负载、空位生成、同 / 异原子掺杂等策略来提升光催化活性。
在众多光催化材料中，铋基半导体光催化剂因其独特的能带结构和化学特性受到广泛研究。锡酸铋（Bi2Sn2O7，BSO）作为一种常见的铋基光活性材料，具有导电性好、稳定性高、成本低和无毒等优点，在光催化有机污染物降解领域应用广泛，但也存在光生 e-和 h+对复合快、光催化效率有限等挑战。为解决这些问题，人们采用生成空位、杂原子掺杂以及与可调谐能带结构的半导体复合等方法，其中 Z 型和 S 型异质结近年来备受关注。
锡酸铋作为潜在光催化剂
BSO 是一种具有焦绿石立方结构的光催化半导体，其能带隙为 2.88eV，这使其成为可见光驱动的环境和能源应用的有前景材料。BSO 独特的电子结构主要由价带中的 O 2p + Bi 6s 轨道和导带中的 Bi 6p + Sn 5s + O 2p 组成，这种结构有助于实现有效的电荷分离，提高光催化效率。其立方相主要包含角共享的 SnO6八面体以及 Bi4O 相关结构，这些结构特征共同作用，赋予了 BSO 良好的光催化性能。
BSO 及 BSO 基光催化剂的合成
BSO 纳米结构的合成方法多样，主要分为气相法和溶液法。半导体氧化物中的电荷载流子分离和带隙能量与晶体相、尺寸和结晶度密切相关。研究发现，半导体材料的尺寸与带隙能量呈反比关系，这表明精确控制合成条件对优化光催化性能至关重要。通过不同的合成方法和条件，可以调控 BSO 的晶体结构、尺寸和结晶度，进而影响其光催化活性。例如，水热法在合成 BSO 光催化剂时具有产率高、结晶度好、形貌可控、成本效益高、环境友好和节能等优点，因此受到众多研究者的青睐。
改性策略
为提高裸 Bi2Sn2O7半导体的光催化效率，人们采用了掺杂、空位生成和异质结形成等改性策略。表面的掺杂和氧空位可作为电荷捕获中心，延长电荷载流子寿命，增强可见光驱动的反应。与其他光催化半导体构建异质结，则能通过 Z 型或 S 型机制改善电荷分离。在 Z 型异质结中，光生电子和空穴沿着特定的路径转移，有效保留了两者的强氧化还原能力；S 型异质结则通过独特的电荷转移机制，在实现高效电荷分离的同时，提升了光催化剂的氧化还原活性，从而显著提高光催化降解污染物的效率。
抗生素降解
Bi2Sn2O7凭借其出色的光学性能、高电荷分离效率和在可见光下的稳定性，成为抗生素降解的潜在光催化剂。其独特的焦绿石结构可促进活性氧物种（ROS）的生成，这些 ROS 能够高效地将抗生素污染物分解为无毒副产物。例如，Duan 等人通过水热合成法制备了 Bi2Sn2O7/Cu2O（Bi-Cu2）异质结，用于降解四环素（TC）。这种异质结结构充分发挥了两种材料的优势，通过协同作用显著提高了对 TC 的降解效果，展示了 BSO 基异质结在抗生素污染治理方面的巨大潜力。
结论与展望
由稳定且有毒污染物引起的水污染问题，迫切需要可持续的修复策略，半导体基光催化技术为此提供了有效的解决方案。铋基光催化剂，尤其是具有成本效益和窄带隙的 BSO，在可见光下表现出良好的性能，为降解水中有机污染物和实现 CO2减排提供了有前景的途径。然而，光催化领域仍面临一些关键挑战，如光生电子和空穴的快速复合、电荷传输效率有待提高以及材料稳定性需要优化等。此外，目前的合成方法在规模化制备方面也存在不足，限制了其商业应用。
未来，需要进一步研究优化材料的稳定性，通过改进材料结构和表面性质，减少光生载流子的复合。同时，探索更有效的电荷传输机制，提高电荷传输效率，以充分发挥光催化剂的性能。在合成方法上，开发可扩展的制备技术，降低生产成本，提高生产效率，将有助于推动 BSO 基光催化剂从实验室研究走向实际商业应用，为解决全球水污染和能源问题做出更大贡献。
