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随着公众对消毒技术在效能、生态兼容性与安全性方面的要求日益提高，开发环境友好的广谱抗菌体系已成为公共卫生领域的重要研究方向。传统消毒方法普遍存在选择性差、残留毒性及诱导细菌耐药性等缺陷，而光催化杀菌技术通过光催化剂在光照下产生活性氧物种（ROS），为实现高效、低残留、广谱的抗菌提供了新的思路。

钒酸铋（BiVO₄）作为一种无毒、稳定、成本低廉且具有可见光响应能力的半导体材料，在光催化抗菌研究中备受关注。然而，纯BiVO₄本身存在显著短板：其光生电子-空穴对的复合率高，同时活性位点有限，这严重制约了其光催化杀菌效率的进一步提升。为了克服这一瓶颈，构建异质结光催化剂是增强材料性能的有效策略。其中，禁带宽度约为2.8 eV的碘化银（AgI）因可见光吸收能力强、导电性好、制备简便，常被用来构建高性能异质结。目前，已有不少研究将AgI与BiPO₄、g-C₃N₄或MnO₂等复合，并显示出对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等病原菌的优异杀菌效果。

本研究旨在通过将AgI与BiVO₄复合，构建一种新型的Z型异质结光催化剂，以协同解决载流子易复合的问题，并深入探究其在光催化杀菌领域的性能与机理。文章基于北京科技大学赵环宇团队研究成果及国家自然科学基金面上项目、北京市自然科学基金面上项目等支持。

（1）独特的材料构筑策略

研究采用了一种集成方法制备多孔结构。以CAU-17金属有机骨架材料作为铋源自模板，通过溶剂热反应结合焙烧工艺，成功制备了单斜相、形貌规整的BiVO₄纳米棒。在此基础上，再通过常温沉淀法将六方相AgI纳米颗粒均匀负载于纳米棒表面，形成了BiVO₄/AgI复合异质结。这种“MOF前驱体-焙烧”与“沉淀负载”结合的方法为构筑具有特殊形貌的复合材料提供了新思路。

（2）卓越的性能表现与最优配比

实验系统研究了AgI负载量对复合材料性能的影响。结果显示，当AgI质量负载比为25%（质量分数）时，复合材料的性能达到最优。其在可见光照射条件下，仅需0.025 mg/mL的低浓度和2 h的短时间，即可实现对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）高达99.99%的杀菌率。相比之下，纯BiVO₄和纯AgI的杀菌效果均十分有限，显示出复合异质结强大的协同增强效应。

（3）Z型异质结机制的明确证实与高效电荷分离

通过全面的光电化学表征（如PL光谱、光电流响应、EIS等）证实，复合材料的荧光强度显著降低，瞬态光电流密度升高，界面电荷转移电阻降低，表明AgI/BiVO₄界面极大地促进了光生载流子的分离与迁移，抑制了电子-空穴复合。通过自由基捕获实验和能带结构分析，研究清晰地揭示了其杀菌机理：该系统并非传统的II型异质结，而是构建了高效的 Z型异质结构。在光照下，AgI导带的电子与BiVO₄价带的空穴发生复合，从而使得具有强还原性的电子（e⁻）富集在BiVO₄的导带，而具有强氧化性的空穴（h⁺）富集在AgI的价带。这使得复合材料能够同时高效生成具有氧化作用的羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O₂⁻），并与空穴（h⁺）协同作用，对细菌进行多重氧化损伤，实现高效灭活。明确此Z型电荷转移路径是阐明其高性能根源的核心。

（4）良好的稳定性

材料经过4次循环使用后，杀菌性能未出现明显衰减，表明该复合光催化剂具有良好的循环稳定性，为其实际应用提供了可能。

图1 (a) CAU-17和浸渍后CAU-17的XRD图谱；(b) AgI、BiVO₄和不同质量分数AgI的AgI/BiVO₄的XRD图谱

Fig.1 (a) XRD patterns of CAU-17 and impregnated CAU-17; (b) XRD patterns of AgI, BiVO₄ and AgI/BiVO₄ with different mass ratios of AgI

图2 (a) CAU-17；(b) BiVO₄；(c) AgI；(d、e) AgI(25 wt%)/BiVO₄的SEM图像；(f) Bi；(g) V；(h) O；(i) I；(j) Ag元素的EDS图像

Fig.2 SEM image of (a) CAU-17; (b) BiVO₄; (c) AgI; (d, e) AgI(25 wt%)/BiVO₄; the EDS image of(f) Bi; (g) V; (h) O; (i) I; (j) Ag

图3 (a) BiVO4的TEM图像；(b) AgI(25 wt%)/BiVO₄的TEM图像；(c) AgI(25 wt%)/BiVO₄的HRTEM图像；(d) CAU-17晶体结构

Fig.3 (a) TEM image of BiVO₄; (b) TEM image of AgI(25 wt%)/BiVO₄; (c) HRTEM image of AgI(25 wt%)/BiVO₄; (d) Crystal structure of CAU-17

图4 (a) CAU-17、浸渍后CAU-17、AgI、BiVO₄和AgI(25 wt%)/BiVO₄的热重曲线；(b) AgI、浸渍的CAU-17、BiVO₄和AgI(25 wt%)/BiVO₄的FT-IR图谱 

Fig. 4 (a) Thermogravimetric curves of CAU-17, impregnated CAU-17, AgI, BiVO₄ and AgI(25 wt%)/BiVO₄; (b) FT-IR spectra of AgI, impregnated CAU-17, BiVO₄ and AgI(25 wt%)/BiVO₄

图13 (a) AgI和BiVO₄的Tauc图；(b) AgI和BiVO₄的Mott-Schottky图；(c) AgI/BiVO₄异质结复合材料杀菌机理图

Fig. 13 (a) Tauc diagrams of AgI and BiVO₄; (b) Mott-Schottky diagrams of AgI and BiVO₄; (c)Schematic diagram of the sterilization mechanism of AgI/BiVO₄ heterojunction composite material

（1）成功合成：以CAU-17为铋源模板，通过溶剂热、焙烧与沉淀法联用，成功制备出AgI纳米颗粒均匀负载的单斜相BiVO₄纳米棒复合材料。

（2）卓越性能与最优条件：所构建的异质结材料显著提升了光催化杀菌性能。AgI负载量为25%（质量分数）时效果最佳，其在可见光照射下（2 h，0.025 mg/mL），对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的灭菌率均可达99.99%，远优于单一组分。

（3）机理阐明：复合材料形成的是一种高效的Z型异质结结构，能够有效分离和利用光生载流子。这一结构使得BiVO₄导带的电子能够还原O₂生成·O₂⁻，而AgI价带的空穴可以氧化OH⁻生成·OH。主要的杀菌活性物种为·OH、·O₂⁻ 和 h⁺，三者的协同作用是实现高效光催化杀菌的根本原因。

（4）应用前景：该研究工作为设计开发高效、稳定、环境友好的新型光催化抗菌材料提供了有力的实验支撑和理论依据。

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文章发表于《功能材料》2026年第57卷第6期，欢迎引用本文： 

赵环宇,任佳辉,李荣洁.Z型BiVO₄/AgI异质结的制备及其光催化杀菌性能研究[J].功能材料,2026,57(6):34-43.

ZHAO H Y,REN J H,LI R J.Z-type BiVO₄/AgI heterojunction construction and its antibacterial performance[J].Journal of functional materials,2026,57(6):34-43.