Bi?WO?是典型的Aurivillius层状结构氧化物，其光催化活性与在可见光照射下独特的光生载流子动力学过程存在关联。当入射光子的能量达到或者超过它的禁带宽度（ ，通常大概在2.7 - 2.8 eV这个范围）的时候，Bi?WO?价带（VB）当中的电子会被激发并且跃迁到导带（CB），与此同时会在价带留下空穴，进而形成光生电子 - 空穴对。这一过程是符合爱因斯坦光电效应方程的，方程为 ，这里面 是普朗克常数， 表示的是入射光频率， 和 分别指的是导带底和价带顶的能级位置。在理想的状况下，这些载流子应当分离并且迁移到材料表面去参与氧化还原反应。然而在实际传输的时候，载流子的复合（包含体相复合和表面复合）成了限制量子效率的主要瓶颈。Bi?WO?的价带主要是由O 2p轨道和少量的Bi 6s轨道杂化形成的，具有较高的氧化电位；导带主要是由W 5d轨道构成的，这就决定了它的还原能力。这样的能带结构使得它具备可见光响应能力，但是较宽的带隙以及较快的载流子复合速率，限制了它的光吸收范围和电荷利用效率。

要提升载流子传输效率，对Bi?WO?进行能带调控是非常关键的。元素掺杂是一种经常会用到的方法，例如加入贵金属离子（像Ag?）或者非金属离子（例如N3?），能够在半导体禁带里面引入杂质能级，这些能级可以当作电子捕获阱，能够有效地减少电子 - 空穴的复合。缺陷工程，特别是通过控制合成条件来产生氧空位，不仅能够作为活性位点，而且还能够在导带下方形成浅施主能级，从而促进电子快速迁移。能带杂化比如构建异质结，利用内建电场驱动载流子在不同半导体之间定向移动，是实现高效空间分离的一种有效办法。就以Bi?WO?/g - C?N? Z型异质结作为例子，g - C?N?导带上的电子会和Bi?WO?价带上的空穴复合，同时会保留Bi?WO?导带电子的强还原性以及g - C?N?价带空穴的强氧化性[7]。

表2 Bi?WO?基光催化材料常见改性策略对光生载流子传输及能带结构的调控作用

改性策略

典型材料体系

载流子传输机理调控效果

能带结构调控变化

性能提升表现

金属离子掺杂

Fe3?-Bi?WO?、La3?-Bi?WO?

引入掺杂能级作为捕获中心，抑制电子-空穴复合；掺杂离子作为中间媒介促进电荷转移

窄化带隙（如Fe3?掺杂使带隙从2.7eV降至2.5eV）；导带/价带位置微调（部分掺杂使价带正移增强氧化能力）

可见光降解RhB效率提升30%-60%；产氢速率提高2-4倍

非金属元素掺杂

N-Bi?WO?、S-Bi?WO?

掺杂原子取代O位点形成缺陷能级，拓宽可见光响应范围；缺陷位点捕获载流子减少复合

带隙窄化（N掺杂带隙约2.4eV）；价带顶上移（非金属掺杂引入的杂质能级与价带耦合）

可见光吸收边红移至520nm以上；降解四环素效率提升50%-80%

半导体复合

Bi?WO?/g-C?N?、Bi?WO?/TiO?

构建异质结（如Ⅱ型、Z型）促进界面电荷分离；形成内建电场驱动载流子定向迁移

Ⅱ型异质结使Bi?WO?导带电子转移至g-C?N?导带，价带空穴保留；Z型异质结保留强氧化/还原能力的载流子

载流子分离效率提升40%-70%；模拟太阳光下产氢速率达150-300μmol·g?1·h?1；降解酚类污染物矿化率提高至85%以上

贵金属沉积

Au/Bi?WO?、Ag/Bi?WO?

贵金属纳米颗粒作为电子捕获中心（表面等离子体共振SPR效应）；SPR效应增强可见光吸收并产生热电子

SPR效应拓宽可见光响应；贵金属费米能级低于Bi?WO?导带，捕获导带电子

可见光降解MO效率提升2-5倍；产氢速率提高3-6倍；光电流密度增强3-5倍

Bi?WO?是典型的Aurivillius层状结构氧化物，其光催化活性与在可见光照射下独特的光生载流子动力学过程存在关联。当入射光子的能量达到或者超过它的禁带宽度（ ，通常大概在2.7 - 2.8 eV这个范围）的时候，Bi?WO?价带（VB）当中的电子会被激发并且跃迁到导带（CB），与此同时会在价带留下空穴，进而形成光生电子 - 空穴对。这一过程是符合爱因斯坦光电效应方程的，方程为 ，这里面 是普朗克常数， 表示的是入射光频率， 和 分别指的是导带底和价带顶的能级位置。在理想的状况下，这些载流子应当分离并且迁移到材料表面去参与氧化还原反应。然而在实际传输的时候，载流子的复合（包含体相复合和表面复合）成了限制量子效率的主要瓶颈。Bi?WO?的价带主要是由O 2p轨道和少量的Bi 6s轨道杂化形成的，具有较高的氧化电位；导带主要是由W 5d轨道构成的，这就决定了它的还原能力。这样的能带结构使得它具备可见光响应能力，但是较宽的带隙以及较快的载流子复合速率，限制了它的光吸收范围和电荷利用效率。