Recent advances in bismuth-containing photocatalysts with heterojunctions

doi:10.1016/S1872-2067(15)61061-0

Abstract

Abstract:

Photocatalysis has received much attention owing to current energy and environmental crises. The use of an appropriate photocatalyst is important to a photocatalytic process. The development of photocatalysts that absorb light over a wide range of wavelengths and efficiently separate charge carriers remains a challenge and hot research topic. With strong visible-light-absorption ability, bismuth-containing photocatalysts are of great interest to scientists. However, measures have to be taken to enhance the light absorption efficiency and to lessen the problem of the recombination of charge carriers. Known approaches are the formation of heterojunctions through (1) loading of a noble metal, (2) semiconductor combination, (3) metal and nonmetal doping, (4) carbon-based material modification, and (5) Bi metal loading. The present review summarizes recent advances in this respect. Finally, the future development and potential applications of bismuth-containing photocatalysts with heterojunctions are briefly discussed.

Key words: Photocatalysis, Bismuth, Heterojunction, Visible light

Lang Chen, Jie He, Ying Liu, Peng Chen, Chak-Tong Au, Shuang-Feng Yin. Recent advances in bismuth-containing photocatalysts with heterojunctions[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(6): 780-791.

×
share this article

Add to citation manager EndNote|Ris|BibTeX

URL: https://www.cjcatal.com/EN/10.1016/S1872-2067(15)61061-0

https://www.cjcatal.com/EN/Y2016/V37/I6/780

References

[1] W. Wang, M. O. Tade, Z. P. Shao, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 5371-5408.
[2] C. L. Yu, W. Q. Zhou, J. C. Yu, H. Liu, L. F. Wei, Chin. J. Catal., 2014, 35, 1609-1618.
[3] X. J. Lang, X. D. Chen, J. C. Zhao, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 473-486.
[4] H. H. Chen, C. F. Nanavakkara, V. H. Grassian, Chem. Rev., 2012, 112, 5919-5948.
[5] L. Shi, W. J. Xia, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 7687-7697.
[6] C. P. Wu, Y. Zhou, Z. G. Zou, Chin. J. Catal., 2011, 32, 1565-1572.
[7] A. Fujishima, K. Honda, Nature, 1972, 238, 37-38.
[8] T. Froeschl, U. Hoermann, P. Kubiak, G. Kucerova, M. Pfanzelt, C. K. Weiss, R. J. Behm, N. Husing, U. Kaiser, K. Landfester, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 5313-5360.
[9] H. Tada, M. Fujishima, H. Kobayashi, Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 4232-4243.
[10] R. A. He, S. W. Cao, P. Zhou, J. G. Yu, Chin. J. Catal., 2014, 35, 989-1007.
[11] X. Zong, H. J. Yan, G. P. Wu, G. J. Ma, F. Y. Wen, L. Wang, C. Li, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 7176-7177.
[12] J. Zhang, Q. Xu, Z. C. Feng, M. J. Li, C. Li, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 120, 1766-1769.
[13] H. L. Wang, L. S. Zhang, Z. G. Chen, J. Q. Hu, S. J. Li, Z. H. Wang, J. S. Liu, X. C. Wang, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 5234-5244.
[14] J. C. Colmenares, R. Luque, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 765-778.
[15] Y. Q. Qu, X. F. Duan, Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 2568-2580.
[16] G. Baffou, R. Quidant, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 3898-3907.
[17] G. Manna, R. Bose, N. Pradhan, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 6743-6746.
[18] M. Qamar, R. B. Elsayed, K. R. Alhooshani, M. I. Ahmed, D. W. Bahnemann, ASC Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 1257-1269.
[19] B. F. Luo, D. B. Xu, G. L. Wu, M. M. Wu, W. D. Shi, M. Chen, ASC Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 17061-17069.
[20] F. Dong, Q. Y. Li, Y. Zhou, Y. J. Sun, H. D. Zhang, Z. B. Wu, Dalton Trans., 2014, 43, 9468-9480.
[21] M. H. Fulekar, A. Singh, D. P. Dutta, M. Roy, A. Ballal, A. K. Tyagi, RSC Adv., 2014, 4, 10097-10107.
[22] C. L. Yu, F. F. Cao, G. Li, R. F. Wei, J. C. Yu, R. C. Jin, Q. Z. Fan, C. Y. Wang, Sep. Purf. Technol., 2013, 120, 110-122.
[23] Y. N. Guo, L. Chen, F. Y. Ma, S. Q. Zhang, Y. X. Yang, X. Yuan, Y. H. Gao, J. Hazard. Mater., 2011, 189, 614-618.
[24] X. D. Wang, G. I. N. Waterhouse, D. R. G. Mitchell, K. Price, R. A. Caruso, ChemCatChem, 2011, 3, 1763-1771.
[25] X. F. Zhang, Y. B. Zhang, X. Quan, S. Chen, J. Hazard. Mater., 2009, 167, 911-914.
[26] L. Chen, R. Huang, Y. J. Ma, S. L. Luo, C. T. Au, S. F. Yin, RSC Adv., 2013, 3, 24354-24361.
[27] D. Y. Li, Y. G. Zhang, Y. L. Zhang, X. F. Zhou, S. J. Guo, J. Hazard. Mater., 2013, 258-259, 42-49.
[28] B. Naik, N. K. M. Parida, G. C. Behera, ChemCatChem, 2011, 3, 311-318.
[29] N. Li, L. Zhu, W. D. Zhang, Y. X. Yu, W. H. Zhang, M. F. Huo, J. Alloys Comp., 2011, 509, 9770-9775.
[30] L. Q. Jing, J. Wang, Y. C. Qu, Y. B. Luan, Appl. Surface Sci., 2009, 256, 657-663.
[31] J. Lu, Z. S. Wang, Y. Zhang, X. F. Zhou, J. Nanomater., 2013, 125409.
[32] X. X. Wei, H. T. Cui, S. Q. Guo, L. F. Zhao, W. Li, J. Hazard. Mater., 2013, 263, 650-658.
[33] L. Li, X. D. Huang, J. Q. Zhang, W. Z. Zhang, F. Y. Ma, Z. X. Xiao, S. Gai, D. D. Wang, N. Li, J. Colloid Interface Sci., 2015, 443, 13-22.
[34] Y. Y. Yang, L. L. Xu, C. Y. Su, J. X. Che, W. J. Sun, H. Gao, J. Nanomater., 2014, 130539.
[35] C. J. Li, P. Zhang, R. Lv, J. W. Lu, T. Wang, S. P. Wang, H. F. Wang, J. L. Gong, Small, 2013, 9, 3951-3956.
[36] M. Y. Zhang, L. Li, Y. Liu, L. L. Xu, X. T. Zhang, J. Mol. Catal. A, 2015, 400, 154-161.
[37] Y. S. Xu, W. D. Zhang, Dalton Trans., 2013, 42, 1094-1101.
[38] L. Chen, J. He, M. Xiong, Q. Yuan, Y. W. Zhang, F. Wang, S. L. Luo, C. T. Au, S. F. Yin, RSC Adv., 2015, 5, 33747-33754.
[39] S. Shamaila, A. K. L. Sajjad, F. Chen, J. L. Zhang, J. Colloid Interface Sci., 2011, 356, 465-472.
[40] R. Q. Guo, L. Fang, W. Dong, F. G. Zheng, M. R. Shen, J. Mater. Chem., 2011, 21, 18645-18652.
[41] W. Ramadan, P. A. Shaikh, S. Ebrahim, A. Ramadan, B. Hannoyer, S. Jouen, X. Sauvage, S. Ogale, J. Nanopart. Res., 2013, 15, 1848/1- 1848/10.
[42] J. Xu, W. Z. Wang, J. Wang, Y. J. Liang, Appl. Surface Sci., 2015, 349, 529-537.
[43] E. S. Kim, H. J. Kang, G. Magesh, J. Y. Kim, J. W. Jang, J. S. Lee, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 17762-17769.
[44] W. Q. Cui, W. J. An, L. Liu, J. S. Hu, Y. H. Liang, J. Hazard. Mater., 2014, 280, 417-427.
[45] E. Aguilera-Ruiz, U. M. Garcia-Perez, M. De La Garza-Galvan, P. Zambrano-Robledo, B. Bermudez-Reyes, J. Peral, Appl. Surface Sci., 2015, 328, 361-367.
[46] H. Q. Li, W. S. Hong, Y. M. Cui, X. Y. Hu, S. H. Fan, L. J. Zhu, Mater. Sci. Eng. B, 2014, 181, 1-8.
[47] Q. Yuan, L. Chen, M. Xiong, J. He, S. L. Luo, C. T. Au, S. F. Yin, Chem. Eng. J., 2014, 255, 394-402.
[48] R. G. Li, F. X. Zhang, D. E. Wang, J. X. Yang, M. R. Li, J. Zhu, X. Zhou, H. X. Han, C. Li, Nat. Commun., 2013, 4, 1432.
[49] H. Y. Li, Y. J. Sun, B. Cai, S. Y. Gan, D. X. Han, N. Li, T. S. Wu, Appl. Catal. B, 2015, 170-171, 206-214.
[50] M. L. Guan, D. K. Ma, S. W. Hu, Y. J. Chen, S. M. Huang, Inorg. Chem., 2011, 50, 800-805.
[51] Y. F. Cheng, H. Wang, Y. Zhu, F. Liao, Z. P. Li, J. K. Li, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2015, 26, 1268-1274.
[52] L. Chen, Q. Zhang, R. Huang, S. F. Yin, S. L. Luo, C. T. Au, Dalton Trans., 2012, 41, 9513-9518.
[53] Y. Peng, M. Yan, Q. G. Chen, C. M. Fan, H. Y. Zhou, A. W. Xu, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 8517-8524.
[54] L. Zhang, W. Z. Wang, S. M. Sun, D. Jiang, E. P. Gao, CrystEngComm, 2013, 15, 10043-10048.
[55] Z. S. Liu, H. S. Ran, J. N. Niu, P. Z. Feng, Y. B. Zhou, J. Colloid Interface Sci., 2014, 431, 187-193.
[56] T. B. Li, G. Chen, C. Zhou, Z. Y. Shen, R. C. Jin, J. X. Sun, Dalton Trans., 2011, 40, 6751-6758.
[57] H. L. Lin, H. F. Ye, X. Li, J. Cao, S. F. Chen, Ceram. Int., 2014, 40, 9743-9750.
[58] J. Cao, C. C. Zhou, H. L. Lin, B. Y. Xu, S. F. Chen, Appl. Surface Sci., 2013, 284, 263-269.
[59] L. Chen, S. F. Yin, S. L. Luo, R. Huang, Q. Zhang, T. Hong, C. T. Au, Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51, 6760-6768.
[60] J. Cao, X. Li, H. L. Lin, S. F. Chen, X. L. Fu, J. Hazard Mater., 2012, 239-240, 316-324.
[61] Y. H. Yan, Z. X. Zhou, X. H. Zhao, J. G. Zhou, J. Colloid Interface Sci., 2014, 435, 91-98.
[62] L. Chen, J. He, Q. Yuan, Y. Liu, C. T. Au, S. F. Yin, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 1096-1102.
[63] P. Madhusudan, J. R. Ran, J. Zhang, J. G. Yu, G. Liu, Appl. Catal. B, 2011, 110, 286-295.
[64] Y. S. Xu, Y. X. Yu, W. D. Zhang, J. Nanosci. Nanotechnol., 2014, 14, 6800-6808.
[65] Y. H. Xiang, P. Ju, Y. Wang, Y. Sun, D. Zhang, J. G. Yu, Chem. Eng. J., 2016, 288, 264-275.
[66] S. Q. Han, J. Li, K. L. Yang, J. Lin, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2119-2126.
[67] F. Chen, C. G. Niu, Q. Yang, X. M. Li, G. M. Zeng, Ceram. Int., 2016, 42, 2515-2525.
[68] S. Xue, Z. W. Wei, X. Y. Huo, W. H. Xie, S. Y. Li, S. N. Shang, D. Y. H, Appl. Surf. Sci., 2015, 355, 1107-1115.
[69] Y. H. Yan, Z. X. Zhou, Y. Chen, L. L. Qiu, C. P. Gao, J. G. Zhou, J. Alloys Compouds, 2014, 605, 102-108.
[70] J. G. Huo, C. Yang, Z. Wang, W. L. Zhou, S. Q. Jiao, H. M. Zhu, Appl. Catal. B, 2013, 142-143, 504-511.
[71] L. Chen, R. Huang, S. F. Yin, S. L. Luo, C. T. Au, Chem. Eng. J., 2012, 193-194, 123-130.
[72] F. Dong, X. Feng, Y. X. Zhang, C. F. Gao, Z. B. Wu, RSC Adv., 2015, 5, 11714-11723.
[73] J. P. Zou, S. L. Luo, L. Z. Zhang, J. Ma, S. L. Lie, L. S. Zhang, X. B. Luo, Y. Luo, G. S. Zeng, C. T. Au, Appl. Catal. B, 2013, 140-141, 608-618.
[74] P. W. Lv, M. Zheng, X. Wang, F. Huang, J. Alloys Compounds, 2014, 583, 285-290.
[75] S. H. Chen, Z. Yin, S. L. Luo, C. T. Au, X. J. Li, Mater. Res. Bull, 2013, 48, 725-729.
[76] H. H. Gan, G. K. Zhang, Y. D. Guo, J. Colloid Interfaces Sci., 2012, 386, 373-380.
[77] X. Huang, X. Y. Qi, F. Boey, H. Zhang, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 666-686.
[78] X. M. Tu, S. L. Luo, G. X. Chen, J. H. Li, Chem. Eur. J., 2012, 18, 14359-14366.
[79] S. Gupta, V. Subramanian, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 18597-18608.
[80] Z. T. Hu, J. C. Liu, X. L. Yan, W. D. Oh, T. T. Lim, Chem. Eng. J., 2015, 262, 1022-1032.
[81] H. J. Sun, Y. Liu, Y. Zhang, L. Lv, J. Zhou, W. Chen, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2014, 25, 4212-4218.
[82] J. F. Dai, T. Xian, L. J. Di, H. Yang, J. Nanomater., 2013, 642897.
[83] Q. H. Li, Y. B. Yuan, Z. H. Chen, X. Jin, T. H. Wei, Y. Li, Y. C. Qin, W. F. Sun, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 12798-12806.
[84] X. J. Liu, L. K. Pan, T. Lv, Z. Sun, C. Q. Sun, J. Colloid Interface Sci., 2013, 408, 145-150.
[85] H. W. Lv, X. P. Shen, Z. Y. Ji, D. Z. Qiu, G. X. Zhu, Y. L. Bi, Appl. Surface Sci., 2013, 284, 308-314.
[86] C. Wang, G. H. Zhang, C. Zhang, M. M. Wu, M. Yan, W. Q. Fan, W. D. Shi, J Colloid Interface Sci., 2014, 435: 156-163.
[87] R. G. He, S. W. Cao, D. P. Guo, B. Cheng, S. Waneh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, Ceram. Int., 2015, 41, 3511-3517.
[88] M. Shang, W. Z. Wang, S. M. Sun, J. Ren, L. Zhou, L. Zhang, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 20228-20233.
[89] P. M. Dziewonski, M. Grzeszczuk, Electrochim. Acta, 2010, 55, 3336-3347.
[90] H. C. Liang, X. Z. Li, Appl. Catal. B, 2009, 86, 8-17.
[91] Q. Z. Luo, X. Y. Li, D. S. Wang, Y. H. Wang, J. An, J. Mater. Sci., 2011, 46, 1646-1654.
[92] Z. J. Zhang, W. Z. Wang, E. P. Gao, J. Mater. Sci., 2014, 49, 7325-7332.
[93] X. C. Wang, K. Maeda, A. Thomas, K. Takanabe, G. Xin, J. M. Carlsson, K. Domen, M. Antonietti, Nat. Mater., 2009, 8, 76-80.
[94] G. Liu, P. Niu, C. H. Sun, S. C. Smith, Z. G. Chen, G. Q. Lu, H. M. Cheng, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 11642-11648.
[95] X. H. Li, X. C. Wang, M. Antonietti, Chem. Sci., 2012, 3, 2170-2174.
[96] Y. Wang, X. C. Wang, M. Antonietti, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 68-89.
[97] T. T. Li, L. H. Zhao, Y. M. He, J. Cai, M. F. Luo, J. J. Lin, Appl. Catal. B, 2013, 129, 255-263.
[98] Y. L. Tian, B. B. Chang, J. L. Lu, J. Fu, F. N. Xi, X. P. Dong, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 7079-7085.
[99] C. J. Li, S. P. Wang, T. Wang, Y. J. Wei, P. Zhang, J. L. Gong, Small, 2014, 10, 2783-2790.
[100] F. Chang, Y. C. Xie, J. Zhang, J. Chen, C. L. Li, J. Wang, J. R. Luo, B. Q. Deng, X. F. Hu, RSC Adv., 2014, 4, 28519-28528.
[101] W. Chen, T. Y. Liu, T. Huang, X. H. Liu, J. W. Zhu, G. R. Duan, X. J. Yang, Appl. Surface Sci., 2015, 355, 379-387.
[102] M. Q. He, D. X. Zhao, J. X. Xia, L. Xu, J. Di, H. Xu, S. Yin, H. M. Li, Mater. Sci. Semcond. Process., 2015, 32, 117-124.
[103] X. F. Wang, W. W. Mao, J. Zhang, Y. M. Huan, C. Y. Quan, Q. X. Zhang, T. Yang, J. P. Yang, X. A. Li, W. Huang, J. Colloid Interface Sci., 2015, 448, 17-23.
[104] M. Xiong, L. Chen, Q. Yuan, J. He, S. L. Luo, C. T. Au, S. F. Yin, Dalton Trans., 2014, 43, 8331-8337.
[105] M. Xiong, L. Chen, Q. Yuan, J. He, S. L. Luo, C. T. Au, S. F. Yin, Carbon, 2015, 86, 217-224.
[106] J. H. Zhang, F. Z. Ren, M. S. Deng, Y. X. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 10218-10226.
[107] A. A. Alemi, R. Kashfi, B. Shabani, J. Mol. Catal. A, 2014, 392, 290-298.
[108] V. I. Merupo, S. Velumani, K. Ordon, N. Errien, J. Szade, A. H. Kassiba, CrystEngComm, 2015, 17, 3366-3375.
[109] C. Karunakaran, S. Kalaivani, P. Vinayagamoorthy, Mater. Exp., 2014, 4, 125-134.
[110] W. Xie, W. Hu, L. L. Zou, D. H. Bao, Ceram. Int., 2015, 41, S265-S273.
[111] J. F. Niu, S. Y. Ding, L. W. Zhang, J. B. Zhao, C. H. Feng, Chemosphere, 2013, 93, 1-8.
[112] L. F. Yin, J. F. Niu, Z. Y. Shen, J. Chen, Envorn. Sci. Technol., 2010, 44, 5581-5586.
[113] C. Karunakaran, S. Kalaivani, Mater. Sci. Semcond. Process., 2014, 27, 352-361.
[114] Y. Wang, Y. Y. Wen, H. M. Ding, Y. K. Shan, J. Mater. Sci., 2010, 45, 1385-1392.
[115] S. Usai, S. Obregon, A. I. Becerro, G. J. Colon, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 24479-24484.
[116] S. Obregon, G. Colon, Appl. Catal. B, 2014, 158-159, 242-249.
[117] T. F. Zhou, J. C. Hu, J. L. Li, Appl. Catal. B, 2011, 110, 221-230.
[118] M. Nussbaum, N. Shaham-Waldmann, Y. Paz, J. Photochem. Photobiol. A, 2014, 290, 11-21.
[119] Y. Zhou, W. Li, W. C. Wang, R. Y. Zhang, Y. H. Lin, Superlattices Microstruct., 2015, 82, 67-74.
[120] W. J. Ren, Z. H. Ai, F. L. Jia, L. Z. Zhang, X. X. Fan, Z. G. Zou, Appl. Catal. B, 2007, 69, 138-144.
[121] C. Yin, S. M. Zhu, Z. X. Chen, W. Zhang, J. J. Gu, D. Zhang, J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 8367-8378.
[122] G. P. Dai, S. Q. Liu, Y. Liang, J. Alloys Comp., 2014, 608, 44-48.
[123] M. M. Yao, L. H. Gan, M. X. Liu, P. K. Tripathi, Y. F. Liu, Z. H. Hu, J. Mater. Eng. Perform., 2015, 24, 2359-2367.
[124] Z. B. Zhang, X. Z. Sun, M. S. Dresselhaus, J. Y. Ying, Phys. Rev. B, 2000, 61, 4850-4861.
[125] A. Hameed, T. Montini, V. Gombac, P. Fornasiero, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 9658-9659.
[126] H. H. Jiang, J. J. Liu, K. Cheng, W. B. Sun, J. Lin, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 20029-20036.
[127] X. W. Liu, H. Q. Cao, J. F. Yin, Nano Res., 2011, 4, 470-482.
[128] F. Dong, Q. Y. Li, Y. J. Sun, W. K. Ho, ACS Catal., 2014, 4, 4341-4350.
[129] Y. Liu, L. Chen, Q. Yuan, J. He, C. T. Au, S. F. Yin, Chem. Commun., 2016, 52, 1274-1277.