编辑推荐：
为解决可见光下产生丰富活性氧物种（ROS）困难，导致光催化去除室内挥发性有机化合物（VOCs）性能不佳的问题，研究人员开展铋修饰氧化钨（WO3-Bi）光催化剂研究，发现其能增强乙醛降解性能，为室内空气净化提供新方案。
在我们生活的室内环境中，空气质量与健康息息相关。挥发性有机化合物（VOCs）就像隐藏在暗处的 “健康杀手”，严重影响着室内空气的质量。其中，乙醛作为典型的室内 VOC，来源广泛，不仅有自然产生的，人类活动也会大量排放，比如烟草烟雾中就含有大量乙醛，可它的危害却常常被人们忽视。长期暴露在含有乙醛的环境中，会给人体健康带来诸多风险。
为了对抗这些室内空气污染问题，光催化技术逐渐进入人们的视野。它能够在温和的条件下工作，有效去除低浓度的 VOCs，哪怕是在亚 ppm（百万分之一）的极低水平，也能发挥作用。而且，考虑到室内环境中可见光占据主导，开发可见光驱动的光催化剂就显得尤为重要，有望替代传统基于紫外线的二氧化钛（TiO2）光催化剂。
不过，光催化去除 VOCs 的关键在于产生大量的活性氧物种（ROS）。在光照条件下，光催化剂表面的光生电荷会与吸附的水分子（H2O）和氧气分子（O2）反应，生成羟基自由基（?OH）和超氧自由基（?O2-） ，这些自由基就像 “清洁小卫士”，能够攻击并将 VOC 污染物矿化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）。但是，要想让这个过程顺利进行，就需要优化光催化剂的表面性质，保证有充足的水和氧气供应，因为它们是 ROS 自由基的来源。然而，目前在可见光下产生丰富的 ROS 依旧是个难题，这也导致光催化性能大打折扣。
在这样的背景下，研究人员积极探索解决方案。虽然文中未提及具体研究机构，但他们开展了关于铋修饰氧化钨（WO3-Bi）光催化剂的研究。研究发现，WO3-Bi 在可见光驱动下对乙醛的降解性能显著提升。这一成果意义重大，它为室内空气净化提供了一种高效且可持续的解决方案，也表明光催化剂的表面修饰在提高 ROS 生成和光催化性能方面起着关键作用。该研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》上。
研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。在光催化剂的制备方面，通过加热分解法合成了 WO3催化剂，即将 1g 的偏钨酸铵水合物以 5℃/min 的升温速率加热到 500℃并保持 4h，再研磨得到 WO3。在此基础上，进一步制备了 WO3-Bi 催化剂 。同时，利用多种表征技术对光催化剂进行分析，以探究其结构、性能以及乙醛的降解途径。
下面来看具体的研究结果：
- 合成与表征：铋离子具有很强的水合能力，能与水分子等氧化物分子产生较强的相互作用。并且，铋基材料因其有利的电子结构和高效的电荷载流子动力学，在可见光下展现出优异的光催化活性。基于这些特性，研究人员将铋掺入 WO3中，发现铋原子能够原子级掺杂在 WO3表面，且不会显著改变其电子结构和光学性质。
- 光催化性能提升：铋的掺入增强了 WO3对水和氧气的吸附能力。由于 Bi-O 键的吸附强度大，使得水和氧气更容易吸附在催化剂表面，促进了界面间的相互作用，进而产生了大量的 ROS。在室内条件下，气态乙醛分子能够被有效降解。
- 降解途径解析：通过综合表征技术，研究人员明确了乙醛的光催化氧化降解途径。该过程先将乙酸的 C-C 键断裂生成甲醇，然后再将其完全消除。
研究结论表明，WO3-Bi 是一种高效的可见光驱动降解乙醛的光催化剂。与原始的 WO3和体相掺杂的 WO3-Bi 相比，表面铋修饰的 WO3-Bi 光催化活性有了显著提高。铋在 WO3表面的掺入，通过强 Bi-O 吸附增强了水和氧气分子的吸附，为光催化反应提供了充足的反应物，促进了 ROS 的生成，从而提升了对乙醛的降解性能。
这项研究的意义非凡。它为解决室内空气污染问题提供了新的思路和方法，开发出的高效光催化剂能够在可见光下有效降解乙醛等室内污染物。同时，也强调了光催化剂表面修饰在优化光催化性能方面的重要性，为后续相关研究指明了方向，有助于推动室内空气净化领域的进一步发展，为人们创造更健康、舒适的室内环境。
