磷杂结构光催化剂的设计、合成与应用综述

工程7（2021）991研究绿色化学工程述评磷杂环戊二烯基异质结构光催化剂Yun Zhenga，b，Yilin Chena，Bifen Gaoa，Bizhou Lina，Xinchen Wangb，Yi Zheng a，Yi Zheng Gao a，Yi Zhou Lin a，YiZheng Wanga华侨大学材料科学与工程学院，光电材料与先进制造厦门市重点实验室，厦门361021b福州大学化学学院能源与环境光催化国家重点实验室，福州350116阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2019年2019年7月30日修订2019年8月20日接受2021年6月4日在线提供关键词：磷杂结构光催化水裂解污染物降解A B S T R A C T半导体制冷是解决全球能源短缺和环境污染问题的一条潜在途径。黑磷（BP）具有空穴迁移率高、禁带宽度可调、光吸收范围宽等特点，在发光领域有着广泛的应用然而，由于光生载流子的分离效率低，原始BP仍然表现出不令人满意的光催化活性近年来，基于BP的异质结构光催化剂的构建由于其光激发电荷分离效率的显著提高而成为光催化领域的研究热点。本文综述了BP及其异质结构光催化剂的设计、合成、性质和应用研究进展。此外，还综述了BP基异质结构光催化剂在水分解、污染物降解、二氧化碳还原、固氮、细菌消毒和有机合成等方面的应用提出了探索先进的BP基异质结构光催化剂的机遇和挑战。该综述将促进BP基异质结构光催化剂在能源转化和环境修复方面的发展和应用。©2021 THE COUNTORS.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。1. 介绍光催化是一种可再生和经济的技术，旨在能源和环境应用[1，2]。1972年，Fujishima和Honda[3]对TiO2电极用于光电化学水裂解的开创性研究，刺激了半导体纳米材料的研究迄今为止，已经设计和开发了大量的基于化学组成，它们可以被分类为氧化物（例如，TiO2）[4]、硫化物（例如，SnS2）[5]、磷化物（例如，CoP）[6]、氮化物（例如，Ta3 N5）[7]，氮氧化物（例如，BaNbO2 N）[8]，以及更多。自从发现瓜基氮化碳（表示为CN）聚合物在光催化水裂解中的活性[9]以来，非金属光催化剂开始受到越来越多的关注[10]。非金属光催化剂的亚表面活性剂包括硒[11]、硫[12]、硼[13]、掺杂的石墨烯[14]和红色磷光体（RP）[15]。能够有效地利用可见光和近红外（NIR）光并且具有高光激发电荷分离/转移效率的光催化剂的开发是非常重要的*通讯作者。电子邮件地址：xcwang@fzu.edu.cn（X. Wang）。为了追求太阳能的最大利用效率[16，17]。近年来，黑磷（BP），又称磷烯，作为一种新兴的单元素二维（2D）材料，由于其具有层间直接带隙（0.3- 1.5 μ m）等优异的性能，受到了人们的广泛关注2.1 eV）、强可见光和近红外光吸收能力、高载流子迁移率（~1000cm2·V-1·s-1）、面内结构各向异性、低毒性和生物相容性[18 这些性质使BP能够作为水裂解和其他光氧化还原反应的潜在催化剂[21，22]。然而，原始BP光催化剂也存在缺点，包括光激发电子空穴的快速重组，因此在许多光氧化还原反应中表现出中等的催化活性[23]。因此，基于BP的异质结构的构建可以抑制光生电荷和载流子的复合，从而显著增强光催化活性[24]。本文综述了BP基异质结构光催化剂的设计、合成、性能及光催化应用。BP基异质结构光催化剂可以分为半导体/BP异质结构、碳材料/BP异质结构、金属/BP异质结构和BP基三元异质结构，https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.06.0042095-8099/©2021 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engY. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）991992Fig. 1.基于BP的异质结构的种类和光催化应用的示意图。第二种成分的化学组成（图）。①的人。本文还介绍了BP基光催化剂在水分解、污染物降解、细菌消毒、CO2还原、N2固定和选择性有机合成等方面的应用一些观点和挑战，在这一领域也提出，这将刺激化学，材料科学，物理学和工程界的研究兴趣。2. BP基光催化分解水2.1. BP纳米片分解水的机理用密度泛函理论（DFT）计算了二维BP半导体的能带结构在pH值下，BP在沿a轴的7%拉伸应变下具有1.79 eV的带隙，在沿b轴的5%拉伸应变下具有1.82 eV的带隙8.0（图[25]。应变工程BP的导带最小值（CBM）比H+/H2电势更负，而价带最大值（VBM）比O2/H2O电势更正[25]。因此，由于合适的带隙和带边排列，BP可以作为可见光驱动水裂解的潜在光催化剂[25]。2.2. 用于水裂解的BP纳米片的设计与合成在过去的几十年里，人们对单层或少层BP（FP）的制备进行了大量的研究。2D BP的合成方法可以分为自顶向下的方法（例如，液体剥离、微波剥离和球磨）和自下而上方法（例如，水热法和溶剂热法）[26]。Zhu等人[27]表明，在不使用助催化剂的情况下，通过球磨法（BP-BM）制备的BP纳米片在H2析出中表现出比本体BP更高的光催化活性（图11）。 3）。BP纳米片的形成导致带隙扩大、电子还原能力提高、电子-空穴分离速率加快和比表面积增大，导致H2释放中的光催化活性增强[27]。此外，通过溶剂热方法制备的负载有铂（Pt）的BP纳米片可以从纯水中产生H2，并且具有比CN纳米片高24倍的H2释放速率[28]。BP表面的部分氧化导致两者的增加图二. (a)通过使用Heyd-Scuseria- Ernzerhof（HSE 06）泛函引入单轴应变形成BP的导带最小值（CBM）和价带最大值（VBM）;（b）在环境条件下或用单轴应变工程化的BP的带边对准。NHE：标准氢电极。经美国化学学会许可，转载自参考文献[25]，©2014。BP纳米片的光催化活性和稳定性[28]。用自上而下或自下而上的方法合成FP纳米片使我们更接近于基于BP的光催化剂用于太阳能转换的实际应用。此外，BP纳米片在光催化水裂解中的析氢速率（HER）可以通过表面改性和染料敏化来提高[16]。用铟官能化BP(III)氯化物、三（五氟苯基）硼烷和苄基在环境条件下显示出稳定性，并且表现出比原始BP更高的HER[16]。当曙红Y用作光敏剂时，BP的HER活性也显著提高[16]。2.3. BP基异质结构光催化剂分解水的研究进展尽管二维BP作为光催化分解水的潜在候选材料受到了极大的关注，但BP纳米片的高电荷复合和差的稳定性限制了其实际应用。异质结构构造可以促进光诱导的电子和空穴的空间分离，并且可以赋予光催化剂优化的光催化性能[29，30]。本节讨论了金属/BP、半导体/BP、碳材料/BP和BP基三元异质结构在光催化分解水方面的研究进展。BP基光催化剂的光催化活性Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）991993图3.第三章。（a）BP-BM的合成工艺;（b）BP-BM光催化剂在可见光照射下（k> 420 nm）的光催化分解水活性复制自Ref。[27]经Wiley-VCH Verlag GmbH Co.许可，KGaA，©2017.表1中总结了光催化剂在析氢中的作用构建金属/BP异质结构是提高光催化析氢活性的重要方法。以Pt为助催化剂，水热法制备的BP纳米片表现出优异的光催化析氢活性，这归因于BP的层状多晶结构和较强的光吸收能力[29]。此外，BP已经与各种半导体（例如，金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属钒酸盐和CN）以构成高效光催化水分解系统[31，32]。在这些杂化体系中，BP作为非金属助催化剂，具有以下优点：①大的比表面积和丰富的活性中心;②可调带隙，可用于与其他半导体形成合适的能带结构;③高迁移率，用于穿梭光生电荷[33]。例如，当用Pt作为助催化剂沉积时，BP纳米片/TiO2介晶混合物被用作可见光和NIR光下的H2析出的光催化剂，因为该混合物可以收获紫外（UV）至NIR光并且表现出高电荷分离效率[34]。此外，FP与CdS的杂化有助于显著增强光催化H2释放速率[35]。BP的有利能带结构、显著的电荷迁移率和丰富的活性位点，以及BP和CdS之间密切的电子相互作用，是促进BP/CdS对H2释放的光催化活性的主要原因（图4）[35]。此外，WS2/BP[36]和MoS2/BP[37]光催化剂的二维/二维异质结构能有效地促进载流子的分离，提高可见光和近红外光照射下的析氢速率。此外，当在纯水中使用CoP/BP纳米片作为光催化剂而没有空穴清除剂和偏压时，在430 nm处获得了42.55%的H2析出表观量子效率（AQE）和5.4%的太阳能-氢气转化效率[38]。BP纳米片对太阳光的有效利用和无定形CoP对电荷载体分离的高效率有助于CoP/BP在水裂解中增强的光催化活性[39]。由BP组成的无金属异质结构光催化剂和CN被设计和制备用于在可见光和近红外光照射下分解水[40]。BP和CN之间通过N-P键形成的强界面接触和有效电荷转移此外，2D/2D范德华异质结构中的紧密电子耦合和加速的电荷分离和迁移导致BP/CN异质结构在析氢中具有更优越的光催化活性和稳定性[41]。此外，磷烯量子点（QD）与层状CN偶联以形成零维（0 D）/2D异质结，以促进自由载流子BP QDs/ CN的光催化活性增强归因于II型能带排列、P-C键的形成为了提高BP的光催化活性，将BP与碳材料复合形成杂化纳米结构引起了广泛的关注。受益于Pt/还原的氧化石墨烯（RGO）和激发的BP纳米片之间的有效电荷转移，BP/Pt/RGO混合物可以用作在可见光和NIR光照射下分解水的光催化剂[45]。当Pt纳米颗粒、BP和RGO共存时，在 > 420 和 > 780 nm 照 射 4 h 下 ， H2 生 成 量 分 别 达 到 约 5.13 和1.26lmol[45]。除了放氢半反应外，BP基材料还被应用于水氧化半反应。BP-Ni（OH）2混合物在模拟日光照射下显示出每小时每克催化剂15.7lmol或每小时每克BP 224.3lmol的O2产生速率[54]。此外，在由2DBP/BiVO4组成的Z型异质结构人工光合系统中实现了水的完全分解.在这张照片中-在BiVO4体系中，光生氧反应是由BiVO4价带（VB）中的光生空穴驱动的，而光生氢反应是由BP导带（CB）中的光生电子引发的[47]。这些发现显示了半导体/BP异质结构光催化剂在水裂解方面的广阔前景。目前，人们的广泛努力集中在设计用于光催化分解水的BP基二元纳米复合材料上。为了进一步提高BP的物化性能和光催化活性，开发了BP基三元复合材料。将宽带隙半导体、窄带隙半导体和金属复合构成三元异质结构，充分发挥了各组分的优势，为实现更好的光催化性能提供了一条有效途径。BP-Au/La 2 Ti 2 O 7可用作宽带太阳能响应光催化剂用于H2生产，因为等离子体金（Au）和BP可以收获宽带光，并且电子可以有效地从BP和Au迁移到La 2 Ti 2 O 7（图1）。 6）[48]。此外，BP[50]和CdS/此外，委员会认为，表1综述了BP基光催化剂的光催化析氢活性。光催化剂异质结型助催化牺牲剂光源质量催化剂HER AQE和波长稳定性参考BP-BM--Na2 S/Na2 SO3荧光，300 W，> 420 nm 5 mg 2.6lmol·h-1 0.47%（420 nm）10 h[27]BP纳米片-TEOA纳米片，300 W，> 420 nm 0.2 mg 0.01lmol·h-1BP纳米颗粒-TEOA纳米颗粒，300 W，> 420 nm 0.8 mg 0.04lmol·h-1BP纳米片-TEOA纳米片，300 W，> 420 nm 5 mg 17.9lmol·h-13.9%（420nm）36 h[26] BP nanostheets-Pt甲醇水溶液，300 W，> 420 nm 50 mg 6.9lmol·h-1 - 30 h[29日]BP纳米片-纳米片，300 W，> 420 nm 25 mg 0.37lmol·h-1 - 12 h+ 4个月[28]第二十八届BP nanosheets-Pt-1，300 W，> 420 nm 25 mg 11.2lmol·h-13.8%（420 nm）20 h[28]BP/TiO2 Z-scheme Pt TEOA 100，300 W 25 mg 51.7lmol·h-118.23%（365 nm）18小时[33]BP/TiO2介晶II型Pt甲醇Asahi光谱Hal-320，200 mW·cm-2，> 420 nm 2 mg 1. 9lmol·h-1 7. 1%（420 nm）12 h[34] BP/TiO2 mesocrystalII型Pt甲醇Asahi光谱Hal-320，200 mW·cm-2，> 780 nm 2 mg 0.41lmol·h-11.2%（780 nm）-[34]BP/CdS II型-乳酸盐，300 W，> 420 nm 20 mg 223.8lmol·h-134.7%（420 nm）20 h[35]Znx Cd1-x S/BP II型-乳酸缓冲液，300 W，> 420 nm 20 mg 186.5lmol·h-121.5%（420 nm）20 h[31]BP15.2/Zn0.5 Cd0.5 S--Na2 S/Na2 SO3紫外线，300 W，> 420 nm 10 mg 1371.7lmol·h-136.3%（420 nm）27 h[32] BP15.2/Zn0.5 Cd0.5 S--Na2 S/Na2 SO3紫外线，300 W，> 510 nm 10 mg 269.6lmol·h-1- -[32]BP/WS2--EDTA缓冲液，320 W，≥780 nm 0.22 mg 0.8lmol·h-1 2.06%（780 nm，1.1 mg催化剂）12小时+1个月[36]BP/WS2--EDTA便携式红外激光器，2 W，808 nm 0.22 mg 0.5lmol·h-1 - 3 h[36] BP/MoS2--Na2 S/Na2 SO3紫外线，300 W，> 420 nm 10 mg 12.86lmol·h-11.2%（420 nm）12 h[37]CoP/BP-荧光法，300 W，> 420 nm 40 mg 15lmol·h-1 42. 55%（430 nm）40 h[38]CoP/BP--草酸双胍，300 W，≥420 nm 2 mg 1.4lmol·h-1 - 16 h + 2天[39]BP/BiVO4 Z-方案-EDTA双胍，320 W，> 420 nm 5 mg 2.5lmol·h-1 0. 89%（420 nm）9 h[47] MBWO/BP Z-方案Pt TEOA双胍，300 W，可见光，> 420nm 20 mg 84. 1lmol·h-1-25 h[46] BP/CN I型-甲醇水溶液，320 W，> 420 nm 1.5 mg 0.6lmol·h-1 3.2%（420 nm，10 mg催化剂）21小时+2周[40]BP/CN I型-甲醇水溶液，320 W，> 780 nm 1.5 mg 0.2lmol·h-1 1.1%（780 nm）-[40]BP/CN I型-乳酸缓冲液，300 W，≥400 nm 20 mg 11.4lmol·h-11.2%（420 nm）14 h[41] BP/CN I型-异丙醇LED，440--18 h[53] BP QDs/CN II型-甲醇发光二极管，200 W，模拟日光100 mg 190lmol·h-1 - 25 h[42] BPQDs/CN II型-甲醇发光二极管，405 nm 100 mg 133lmol·h-1 - 5 h[42]第四十二话II型- -一种甲醇LED，420 nm100 mg90lmol·h-1-5 h[42]第四十二话II型- -一种甲醇LED，550 nm100 mg10.4lmol·h-1-5 h[42]第四十二话II型PT甲醇波长300 W，≥420 nm39.6 mg10.7lmol·h-1-32 h[四十三]BP QDs/网状II型Pt TEOA λ，300 W，> 420 nm 10 mg 138.3lmol·h-1 16.5%（420 nm）36 h[44] CNBP/Pt/RGO- EDTA柱，320 W，> 420 nm 0.375 mg 1.3lmol·h-18.7%（420 nm，1.88 mg催化剂）BP/Pt/RGO- EDTA柱，320 W，> 780 nm 0.375 mg 0.3lmol·h-11.5%（780 nm，1.88 mg催化剂）20小时[45]4h[45]BP/Pt/RGO--EDTA便携式红外激光器，2 W，808 nm 0.375 mg 0.2lmol·h-1 - 4 h[45]紫外线，300 mW·cm-2，> 420 nm20 mg172 lmol·h-1 2. 3%（900 nm）18 h + 3周[49]量子量子量子- -Na2S/Na 2SO3水溶液，300mW·cm-2，- -Na2S/Na 2SO3水溶液，300 mW·cm-2，- -Na2S/Na 2SO3水溶液，300 mW·cm-2，NIR，> 700 nm 20 mg 5.2lmol·h-1 0.5%（700 nm）-[50]CdS/滤波器1 mg 183.2lmol·h-163.1%（425 nm）60 h[51]Ni2 P at BP/CN-TEOA波长，300 W，≥420 nm 20 mg 17.2lmol·h-12.8%（420 nm）20 h[52]AQE：表观量子效率; TEOA：三乙醇胺; EDTA：乙二胺四乙酸; MBWO：单层Bi2 WO6; QD：量子点; LED：发光二极管; RGO：还原氧化石墨烯;UV：紫外线; Vis：可见光。Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）991994Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）991995图四、CdS/BP杂化物用于水裂解的光催化机理的示意图SHE：标准氢电极; CB：导带;VB：价带;Eg：带隙能。经Wiley-VCH Verlag GmbH Co. KGaA许可，转载自参考文献[35]&，©2017。图五. BP/CN光催化分解水机理示意图。Ox：氧化。经美国化学学会许可，转载自参考文献[40]，©2017。2D BP负载的Ni2 P可以作为地球丰富的助催化剂与2D多孔CN纳米片耦合，以进一步增强可见光光催化H2生产活性[52]。这些发现证明了BP基异质结构光催化剂在水裂解方面的优越性。3. 用于污染物处理和细菌消毒的BP基光催化剂BP基光催化剂因其在污染物处理中的应用前景而引起了人们的广泛关注由于其独特的电子结构和物理化学性质，BP及其杂化物已被用于光催化降解罗丹明B（RhB）、活性黑5（RB 5）、甲基橙（ MO ） 、 亚 甲 基 蓝 （ MB ） 、 2- 氯 苯 酚 （ 2-CP ） 、 双 酚 A（BPA）、1，3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、Cr（VI）和NO等多种本节讨论BP的应用见图6。(a)在可见-近红外（> 420 nm）和近红外（> 780 nm）光照射下，BP-Au/La 2 Ti 2O 7（LTO）光催化放氢性能的经Wiley-VCH Verlag GmbH Co.许可，转载自参考文献[48]KGaA，©2017.纳米片，BP量子点，和BP基异质结构光催化剂在污染物处理。3.1. 用于污染物处理的二维BP纳米片的分子氧活化和污染物降解能力引起了人们极大的研究兴趣。超薄2D BP纳米片由Wang等人[55]通过超声介导的液体剥离方法在脱气水中制备（图7）。BP纳米片用作单线态氧（1O2）生产的光敏剂，具有约0.91的高量子产率[55]。此外，在活性氧物质（ROS）的产生中，BIPBP纳米片还呈现出一种奇异的、与激发能相关的光开关效应[56]。主要的活性氧产物是羟基自由基（。OH）和1O2的光催化降解.BP纳米片在不同光照条件下的MO光催化降解中表现出优异的活性[56]。在另一种情况下，1 O 2和O 2。当2D BP纳米片、氧气、水和光共存时，通过从激发态P* 到基态O2的能量/电荷转移产生[57]。2D BP纳米片的光降解效率通过1O2氧化反应得到了显著提高，而O2. -具有较低的氧化反应性，可以忽略不计。这些发现表明通过基于2D BP的光催化剂去除水溶性有机污染物的有前景的技术[57]。Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）99199622 23见图7。(a)图10：BBP纳米片的合成过程;（b）透射电子显微镜（TEM）图像;（c）原子力显微镜图像;（d）BBP纳米片的复制自Ref。[55]经美国化学学会许可，©2015。此外，Yuan等人[58]通过在油酸和N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中的液体剥离方法制备了带隙可调的BP QD。所制备的具有2.82 eV带隙的BP QD显示出对RhB降解的高光催化活性[58]。主要的ROS产品。O和O。BP-QDs对RhB的光催化降解活性最高。此外，由于BPQD 的 敏 化 作 用 和 电 荷 分 离 的 促 进 作 用 ， BPQD 和 ATP （ BPQD/ATP）的异质结构对BPA的分解表现出更高的光催化活性[59]。基于BP的光催化剂的开发将为环境修复开辟新的机会[59]。3.2. 用于污染物处理和细菌消毒的已经开发了用于污染物降解的不同类别的BP基异质结构光催化剂，包括半导体/BP、碳材料/BP、金属/BP和BP基三元复合材料[60]。本节讨论了这些异质结构在污染物降解中的应用所取得的进展BP基光催化剂在污染物降解中的光催化活性总结在表2中[46、53、55将金属纳米粒子负载到BP上构建金属/ BP异质结构是提高其光催化活性的关键方法。将通过化学还原方法合成的等离子体Ag/BP纳米杂化物应用于光催化污染物降解（图8）[61]。当BP的层厚从多层减少到几层时，或者当Ag纳米颗粒的尺寸增加时，Ag/BP等离子体纳米杂化物在RhB降解中表现出比原始BP纳米片更高的光催化活性。该研究为应用开辟了一条新的途径等离子体金属/BP纳米杂化物在光催化污染物降解中的应用[61]。各种半导体，如TiO2、CeO2、MoS2、RP和CN，已与BP偶联形成异质结构，具有改善的光催化活性，用于污染物降解[62]。 Lee等人[63]是第一个将FP-二氧化钛（BP@TiO 2）混合物应用于污染物降解和细菌消毒的人与BP、TiO2和P25相比，BP@TiO2杂化材料表现出在阴离子（RB 5）和阳离子（RhB）染料的分解中具有较高的速率常数，并在可见光照射下的细菌消毒中表现出较高的光催化活性[63]。FP和TiO2之间的异质结通过将电子从TiO2的CB注入FP来促进光致电荷载流子分离，而FP和/或TiO2中从VB捕获的空穴将具有更长的寿命[63]。此外，通过水热和沉积方法制备了具有氧空位的CeO2/BP混合物[64]。CeO2/BP复合材料的BPA光催化降解率在180 min内达到82.3%，高于单独的对应物[64]。 Z-方案异质结构负责优化的光催化降解活性，因为加速的电荷-载流子分离速率和光生电荷载流子的高氧化还原电位[64]。此外，通过研磨和超声处理方法将BP QD锚定到MoS2纳米片上，形成BP QD/MoS2的0 D/2D纳米杂化物[65]。BP QD/MoS2在MO分解中的增强的光催化活性源于其II型带排列、改善的光捕获能力和加速的空间电荷分离[65]。通过用聚乙烯吡咯烷酮官能化BP形成沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）和BP（ZIF-8/BP）的杂化纳米复合材料[66]。由于2D BP用作有效的电子受体并促进ZIF-8中的电荷分离和转移，因此ZIF-8/BP复合材料对MB的降解表现出更高的光催化反应性[66]。除了液相中污染物的光分解外，BP基异质结构光催化剂已被设计并应用于NO气体的去除。 单层Bi2 WO6/BP（MBWO/BP）的Z-方案2D/2D异质结在NO去除以净化空气方面显示出改善的光催化性能[46]。O.-- ，的。在反应中检测到OH、NO和NO-物质（图9）[46]。除了构建含金属的半导体外，半导体和BP杂化材料的发展，无金属异质结构光催化剂的设计激发了人们极大的研究兴趣。通过高能球磨技术合成的RP/BP异质结构在RhB的降解中显示出比原始RP和CdS明显更高的光催化活性[67]。除了球磨法，RP/BP异质结构的预处理采用微波辅助液相合成法Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）991997表2BP基光催化剂在污染物降解中的光催化活性综述。光触媒异质结型污染物光源时间去除率降解率稳定性参考文献BPBP--MODPBF紫外线，≥600 nm20分钟15分钟百分之九十百分之五十0.115 min-10.046分-1--[55个][55个]BPBP--莫DBP波长，≥420 nmXE25分钟360分钟百分之九十百分之四十五0.092分-10.0025 min-110 h6h[56个][五十七]BP QD-RHBLED，300 W，> 420nm180分钟-0.0135 min-19h[58个]Ag/BP-RHBLED，300 W，> 420nm--0.057分-1-[第六十一届]BP QD/QDII型BPA300 W180分钟百分之九十0.013分-13h[59个]BP/TiO2-RB 5UV，4 W，365 nm70 min-0.071分-117.5小时[63个]BP/TiO2-RB 5LED，150 W，> 420nm70 min-0.040 min-117.5小时[63个]BP/TiO2-RHBUV，4 W，365 nm70 min-0.077分-117.5小时[63个]BP/TiO2-RHBLED，150 W，> 420nm70 min-0.034 min-117.5小时[63个]BP下的TiO2-RHB荧光灯，300 W，百分之九十八-6 h[六十二]BP/CeO2Z格式BPA300 W180分钟百分之八十二点三-3小时[64个]BP QD/MoS2II型莫LED，300 W，> 420nm40分钟-0.052分-18h[第六十五章]BP QD/MoS2II型莫波长：300 W，> 780nm60分钟-0.03分-12.2小时[第六十五章]ZIF-8/BP-MBHg，500 W60分钟百分之九十0.045 min-11h[第六十六话]MBWO/BP-没有LED，300 W，可见光30分钟百分之六十七-3小时[46个]RP/BP-RHBLED，300 W，> 420nm30分钟-0.069分-17h[67个]RP/BP-MBLED，300 W，> 400nm180分钟百分之九十一-3小时[68个]BP/CNI型RHBLED，300 W，> 420nm30分钟-0.288分-16h[70个国家]BP/CNI型RHBLED，44030分钟-0.10分-11.5小时[五十三]BP/C60-2-CPLED，300 W，> 420nm50分钟-0.112分-15小时+1周[第七十一章]石墨烯-BP-2-CPLED，300 W，> 420nm180分钟87.08%0.011分-115天[第72话]BP–Ag/TiO-MBLED，300 W，> 420nm85分钟百分百0.029分-14.25小时[七十三]BP–Ag/TiO-MB波长：300 W，> 780nm85分钟百分之二十五0.003分-14.25小时[七十三]Ag–BP-MBLED，300 W，> 420nm90分钟-0.0313 min-19小时+1周[第七十四章]BP/CN/MOFs-没有LED，300 W，可见光30分钟百分之七十四-2.5小时[第七十五章]ZIF：沸石咪唑酯骨架。Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）991998图8.第八条。（a）Ag/多层BP（m-BP）和Ag/少层BP（f-BP）杂化物对RhB降解的光催化活性（插图显示Ag/m-BP和Ag/ f-BP的TEM图像）;（b）f-BP、Ag和m-BP的能带Ef，m：费米能级。复制自Ref。[61]经美国化学学会许可，©2016。图9.第九条。MBWO/BP异质结的合成过程NMP：N-甲基-吡咯烷酮。复制自Ref。[46]经Wiley-VCH Verlag GmbH Co.KGaA，©2019。Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）991999在可见光照射的MB分解中显示出优异的光催化能力[68]。此外，设计了由BP/CN组成的无金属异质结构，并将其应用于RhB和Cr（VI）的光催化去除[69]。BP/CN杂化物在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中使用一步液体剥离策略合成[70]。BP/CN杂化物在RhB的降解中显示出增强的光催化活性，这主要归因于更强的可见光捕获能力、加速的电荷分离速率和增强的ROS产生能力（图10）[70]。为了降低制备成本，通过球磨技术由尿素和RP合成BP/CN异质结构光催化剂[53]。BP/CN异质结构在RhB降解中也表现出优异的光催化活性，这归因于加速的电荷分离和迁移以及P-N键的形成碳材料/BP异质结构具有良好的稳定性和光催化活性，在污染物降解方面显示出巨大的潜力。通过球磨方法[71]，通过C60分子经由共价C60的参与导致光诱导电子从BP转移到C60，并阻碍电荷载流子的复合，从而大大增加了BP-C 60杂化物在RhB降解中的稳定性和光催化活性在另一种情况下，在可见光照射下，石墨烯-BP混合物在去除2-CP方面显示出比BP更高的光催化性能，这杂交技术的突破具有碳材料的BP纳米片开辟了环境操纵的新途径。设计并开发了BP基三元复合材料，以进一步提高其在污染物降解和空气净化中的光催化活性。受益于更好的太阳光收获和提高的电荷分离效 率 ， 由 BP 纳 米 片 敏 化 的 Ag/ TiO2Ag–BP/graphene oxide alsoexhibited promoted photocatalytic activity in the decomposition ofMB, which was attributed to the broad-spectrum response of theBP nanosheets and the effective trapping of electrons by the Agnanoparticles 此外，由BP、多孔CN和金属有机框架（BP/CN/MOF）组成的三元异质结在可见光照射下，纳米复合材料在NO去除方面表现出比CN相关异质结更高的光催化性能[75]。这些三元纳米复合材料将成为环境修复领域中有效的光功能材料。上述研究为开发高效的BP基异质结构光催化剂用于环境修复提供了很大的希望。4. BP基光催化剂用于固氮、CO2还原和选择性有机光合作用除了在水分解和污染物降解方面的应用外，BP基异质结构还被用于N2固定、CO2还原和选择性有机光合作用。的见图10。(a)BP/CN杂化物的合成过程示意图;（b）BP/CN杂化物在RhB降解中的光催化活性（C0为RhB的初始浓度，C为光催化反应后RhB的浓度）;（c）10%BP/CN杂化物用于检测O2的电子顺磁共振光谱。自由基（B为磁场，1G =10- 4 T）。经Wiley-VCH Verlag GmbH& Co. KGaA许可，转载自参考文献[70]，©2018。Y. Zheng，Y.郑氏，中国科学院植物研究所所长。陈湾，工程7（2021）9911000BP和CN纳米片的复合物（BPCNS）在光催化N2固定中表现出高活性（图11）[69]。0.05BPCNS的光催化N2固定率（0.05意味着BP与CN 纳 米 片 的 质 量 比 为 0.05 ） 为 347.5lmol·L-1·h-1 ， 比 CNS（40.5lmol·L-1·h-1）高8倍以上[69]。由于p -共轭CN系统的变化和C-P键的形成，0.05BPCNS中的电子更容易被激发[69]。由于光生电子通过形成C-P键的有效转移，光生电荷载流子的迁移受到抑制磷原子上的一些孤对电子被占据，这是由于C0.05BPCNS中的P键，并通过减少氧反应位点的数量来抑制BP的氧化。此外，BP QD改性CN复合材料可以作为引发CO2还原光催化反应的候选物[76]。与原始CN（2.65lmol·h-1·g-1）相比，BP/CN复合材料表现出 增强 的载 体分 离效 率和 更高 的光 催化CO2 还原 为 CO的活 性（6.54lmol·h-1·g-1）[76]。2D BP也被用于太阳能到化学能转换器。离子反应，其中三乙胺（TEA）被氧化为TEA+，氯（三苯基膦）金（I）（AuI TPP）被转化为AuI BP并还原为Au纳米颗粒[77]。此外，具有强Pt-P相互作用和良好稳定性的见图11。0.05BPCNS催化剂光催化固氮的机理。CNS：氮化碳纳米片。经ElsevierB.V.许可，转载自参考文献[69]，© 2018年。5. 结论本文综述了BP基光催化剂的合成、改性及其光催化应用。设计并制备了多种BP基异质结构光催化剂，包括金属氧化物/BP、金属硫化物/BP、金属磷化物/BP、金属钒酸盐/BP、金属钨酸盐/BP、MOFs/BP、RP/BP、CN/BP、金属/BP、碳材料/BP以及BP基三元复合材料。这些BP基异质结构光催化剂在水分解、污染物降解、消毒、CO2还原、N2固定和有机合成等方面具有广阔的应用前景。尽管BP基光催化剂的开发取得了重大进展，但BP基光催化剂的性能仍不能满足实际应用的需求。今后的努力高度期望在以下几个方面。首先，仍然需要探索有效的方法来优化BP基材料的光催化性能。合理地调节BP的能带结构和表面性质是设计高效光催化剂的必要条件。其次，通过理论计算和原位表征技术对反应机理进行更深入的研究是必要的，以澄清催化过程的热力学和动力学以及光催化剂的第三，开发合适的方法来提高BP基材料在光催化系统中的长期稳定性是非常必要的。BP的降解源于O2与垂直于BP表面的孤对电子之间的反应，这可能诱导产生POx物质[79]。通常，BP的稳定性可以通过形成异质结构来增强。还可以开发和利用包括钝化、BP的共价表面改性和用保护层封装BP在内的策略来防止BP从空气中氧化[80]。最后，在实际应用前，应对这些纳米结构光催化剂进行适当的环境风险评估。应评估中间产物的毒性，因为某些污染物在光催化降解过程中无法矿化[81]。基于BP的催化剂通过光催化途径的真正商业和工业应用需要更广泛的研究，我们期望它们在未来几年内可能实现。未来，我们将继续朝着这个方向努力确认本工作得到了国家自然科学基金（21902051，21861130353，U1905214、21961142019、22032002、21761132002和见图12。(a)在模拟太阳光照射下Pt/BP催化剂的苯乙烯转化为苯乙烯的转化率;（b）Pt/BP催化剂在苯乙烯加氢中的周转频率（TOF）。R.t.：室温，28 °C。经Wiley-VCH VerlagGmb