介孔二氧化硅（Mesoporous SiO₂, MS）因其高比表面积、可调孔径和良好的化学稳定性，成为光催化载体的选择。然而，纯SiO₂的宽带隙导致其仅能吸收紫外光，且光生载流子易复合，严重限制了其光催化效率。通过结合掺杂改性与异质结构建，实现了对介孔SiO₂光吸收范围、载流子分离效率及表面反应活性的协同调控。

掺杂对介孔SiO₂能带结构的影响

1.金属离子掺杂

原理：金属离子掺杂可以在SiO₂的禁带中引入杂质能级，从而缩小带隙，增强可见光吸收能力。例如，掺杂过渡金属离子（如Fe³⁺、Cu²⁺）或稀土金属离子（如Nd³⁺）可以改变SiO₂的电子结构。

2.非金属元素掺杂

原理：非金属元素（如C、N、S）的掺杂也可以通过引入杂质能级来缩小带隙。例如，碳元素掺杂在TiO₂中，由于其2p空轨道，产生了一个新的能带Ec₂，该能带位于TiO₂价带（VB）之上。

异质结构建对介孔SiO₂能带结构的影响

1.异质结构的形成

原理：通过构建异质结构，可以优化光生载流子的分离与迁移路径，从而提高光催化性能。异质结构的形成可以通过将SiO₂与其他半导体材料（如TiO₂、CeO₂）复合来实现。

2.协同效应

原理：掺杂与异质结构建的协同效应可以进一步优化介孔SiO₂的能带结构。例如，通过在SiO₂中掺杂金属离子并构建异质结构，可以同时实现带隙的缩小和光生载流子的分离。

光催化性能的提升

1.光吸收能力的增强

通过掺杂和异质结构建，介孔SiO₂的带隙缩小，可见光吸收能力增强。

2.光生载流子分离效率的提高

异质结构的形成可以有效促进光生载流子的分离。例如，通过构建Z型异质结构，光生电子和空穴的复合率降低。

3.催化活性的提升

掺杂和异质结构建的协同效应提高了介孔SiO₂的光催化活性。例如，Er³⁺掺杂的SiO₂/CeO₂复合材料在光催化降解亚甲基蓝的实验中表现出降解效率。

通过掺杂和异质结构建的协同效应，可以有效定制介孔SiO₂的能带结构，提高其光催化性能。金属离子和非金属元素的掺杂可以缩小带隙，增强可见光吸收能力；异质结构的形成可以优化光生载流子的分离与迁移路径。这些改性策略不仅提高了介孔SiO₂的光吸收能力，还提升了光催化活性，使其在环境治理和能源转换等领域具有应用前景。