铁酸铋光催化材料研究进展
铁酸铋是唯一一种在室温下存在的单相多铁材料，因其具有较高的铁电居里温度、较大的剩余极化强度、较小的禁带宽度和多铁特性，受到国内外的广泛关注。

本文综述了铁酸铋制备方法及掺杂元素对铁酸铋性能的影响，提出了亟需解决的问题。

标签：铁酸铋；制备方法；掺杂；性能
1 引言
BiFeO3材料是现如今已发现的为数不多一种在室温以上表现出多铁性能（铁电性及反铁磁性）的材料，其在信息存储、光电感应、传感器和自旋电子学等领域有着极其重要的应用。

由于具有较高的理论剩余极化强度，展现出了其具有的潜在的铁电性能，有可能替代现在实际应用的铁电材料中部分含铅材料，如替代错钛酸铅，成为无铅铁电体的重要候选材料之一。

又由于具有弱反铁磁性能，能够与铁电性一起发生磁电耦合效应，进一步拓展了其潜在应用价值。

因此吸引着众多的科学家来研究如何合成BiFeO3材料及研究其多铁性能内在机制。

近年来，科学工作者已尝试通过各种途径改善材料的多铁性能，在改善其性能方面确实起到了良好的效果。

概括起来主要通过以下几种途径：
第一途径，通过寻找合适的制备方法，降低制备过程中的烧结温度，改善制备工艺，通过这种途径在合成具有多铁性能的铁酸铋取得了良好效果；第二条途径，通过缩小BiFeO3材料颗粒尺寸，实现材料纳米化，来达到增强其多铁性能的目的，其主要是通过采用先进的制备工艺及方法，并改善工艺步骤来达到目的；第三条途径，通过摻杂改性，调节材料的多铁性能；第四条途径，制备BiFeO3薄膜材料；第五条途径，通过与其他铁电铁磁材料进行复合，形成固溶体或复合材料。

这种方法通过引入铁电体提供该种多铁性材料体系的内部电场，或者通过引入铁磁性物质提供该种多铁性材料体系的内部磁场，来增强BiFeO3基固溶体材料的多铁性能，增加其磁电耦合系数，获得更好的磁电亲合效果。

2 铁酸铋的结构和磁性研究
1957年，铁酸铋被Roye等人首次合成。

1960年，俄国科学家首次对铁酸铋的结构进行了研究，并提出了铁酸铋的R3c结构。

1969年，美国科学家Michelet al利用X光单晶衍射和中子衍射确定了铁酸铋单晶中各个原子的位置以及原子之间的距离。

他们认为铁酸铋的结构不应该表现出反铁磁性而应该是铁磁性，同时他们认为该结构的铁电矫顽场应该很大。

1990年，Kubel.f.等人利用X光单晶衍射对铁酸铋的结构做出了更加精密的分析，为此后铁酸铋各方面性质的研究和分析，提供了有效数据。

铁酸铋的第一性原理研究也是目前研究的一个热点。

通过铁酸铋的结构，利用软件计算模拟出不同结构的铁酸铋对应的电磁性质。

3 铁酸铋制备方法
铁酸铋制备方法主要有水热法、溶胶-凝胶法、固相法、共沉淀法，可分别制备出纳米粉体状、纳米薄膜状等不同形貌的催化剂。

本文主要对近几年应用的水热法和溶胶-凝胶法制备铁酸铋进行归纳。

肖瑞娟等采用聚乙二醇辅助水热法制备出了不同形貌及尺寸的纯相钙钛矿结构BiFeO3粉末，并于可见光下降解亚甲基蓝，发现BiFeO3均表现出良好的光催化活性，且颗粒尺寸越小，活性越大。

丁柳柳等以金属硝酸盐、硝酸、氢氧化钠和去离子水为原料，采用水热合成法来制备铁酸铋。

水热法在200 ℃成功制备出了直径300 nm 左右，尺寸、形貌均一的BiFeO3纳米颗粒。

光催化实验表明，BiFeO3纳米颗粒在可见光辐照下对甲基橙有良好的光催化降解作用。

BiFeO3纳米粉体的室温磁滞回线表明实验制备的铁酸铋粉体具有弱磁性。

李卓璇采用水热法制备铁酸铋石墨烯光催化复合材料，探究了KOH对铁酸铋成相的影响，浓度过低，铁酸铋不易成相；浓度过高，阻碍了铁酸铋和石墨烯的复合过程。

4 结语
综上所述，铁酸铋光催化材料的研究主要集中于制备方法的改良和催化材料本身的改性两方面，其中光催化材料的改性主要包括元素的掺杂和复合光催化剂的制备两种。

其研究的目的均是减小禁带宽度和抑制光生电子-空穴的复合以提高光催化活性。

虽然这些研究取得了一定的成果，但是，要实现铁酸铋光催化材料整体性能的提高，实现其在工业及其他领域的广泛应用，本文作者认为可在以下几个方面做进一步研究：
①目前催化材料的改性主要为单元素掺杂或二元复合材料的制备，可采用多元素掺杂、三元或以上复合材料的制备，或将复合材料再进行元素掺杂，形成重叠的杂化轨道使禁带宽度更窄，提高空穴-电子对的分离率。

②光催化材料的研究不应只限于降解有机污染物或者分解水产生氧气，只有导带底的电位值比标准氢电极的电位更负时，水分解产物中才有氢气产生，可以将满足这一条件的光催化材料与窄禁带宽度的光催化材料一起制备成能在太阳光下分解水产生氢气的复合材料，来实现在能源领域中的应用。

③目前生产的铁酸铋光催化材料通常为超细粉末，在实际应用及回收方面仍存在难度。

可以用堇青石、分子筛等负载来制备整体式光催化材料，以有利于催化材料的循环利用。

参考文献：
[1]肖瑞娟，扬若琳，边小兵等.聚乙二醇辅助水热合成铁酸铋粉体及其光催化性能[J].陕西师范大学学报：自然科学版，2013（2）：39-44.
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[3]王伟华，叶红齐，覃涛.含铋光催化材料的研究进展[J].化工进展，2014（6）：1475-1485.。