醇溶剂调控天然埃洛石负载碘氧化铋的晶相与形貌及其光催化性能研究

本研究针对BiOI光催化剂电子-空穴复合率高的问题，通过乙醇(Et)、乙二醇(EG)和甘油(Gly)三种醇溶剂调控solvothermal法合成BiOI/天然埃洛石(HAL)复合材料。研究发现溶剂类型显著影响BiOI晶相（BiOI/Bi5 O7 I）和形貌（球形/管状），HAL的引入使带隙能从1.98 eV增至2.79 eV并抑制载流子复合，为可见光催化材料设计提供新策略。

　　

在环境污染治理和清洁能源开发需求日益迫切的背景下，可见光响应型光催化剂成为研究热点。铋基半导体材料因其独特的层状结构和适宜的带隙宽度备受关注，其中碘氧化铋(BiOI)具有1.7-1.9 eV的窄带隙，能有效利用可见光。然而，BiOI面临载流子复合率高、易团聚等瓶颈问题。通过载体负载和溶剂调控改善其性能成为突破方向，但天然矿物载体与溶剂协同作用机制尚不明确。

为解决上述问题，来自印尼的研究团队在《Results in Materials》发表研究，首次采用Gamalama火山土壤提取的天然埃洛石(HAL)为载体，系统考察乙醇、乙二醇和甘油三种醇溶剂对BiOI/HAL复合材料结构性能的影响。研究通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(DRS)等技术证实，溶剂粘度差异导致产物晶相分化：低粘度乙醇/乙二醇生成球形BiOI(1-5 μm)，而高粘度甘油产生管状Bi₅
O₇
I(1 μm)。HAL的引入使BiOI结晶尺寸从56.93 nm降至48.02 nm，带隙能提升22%，荧光光谱显示载流子复合率显著降低。

关键技术方法包括：1) 从Gamalama火山土壤(经纬度定位)通过过氧化氢处理和DCB法提取HAL；2) 溶剂热法在160°C下合成BiOI/HAL，对比三种醇溶剂体系；3) 采用FTIR、XRD、SEM/TEM、DRS和荧光光谱进行多尺度表征。

研究结果部分显示：
3.1 FTIR表征：470 cm^-1
处Bi-O特征峰证实BiOI形成，1383 cm^-1
处(BiO)₂
CO₃
峰揭示HAL对CO₂
的捕获作用。
3.2 XRD分析：甘油体系出现Bi₅
O₇
I特征峰(2θ=28.14°)，符合Stokes-Einstein方程预测的扩散限制效应。
3.3 形貌观察：HAL使BiOI粒径从3-5 μm降至纳米级，TEM显示其沿HAL管状结构分散。
3.4 光学性能：BiOI/HAL(Gly)带隙达2.79 eV，VB/CB能级计算表明其具备更强氧化能力。

该研究创新性地将天然矿物载体与溶剂工程相结合，阐明溶剂粘度通过影响离子扩散速率调控产物晶相的机制，证实HAL既能作为形貌导向模板又能抑制载流子复合。特别是发现甘油溶剂可诱导生成高氧化活性的Bi₅
O₇
I相，为设计非均相光催化体系提供新思路。研究成果对开发低成本、高效率的可见光驱动环境净化材料具有重要指导价值。