【摘 要】
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环境污染和能源短缺一直是人们需要迫切解决的热点问题。作为一种绿色科技,半导体光催化在解决上述问题方面显示出巨大的潜力。在传统的光催化剂中,二氧化钛（TiO2）因其性能优异受到广泛关注,但由于其宽带隙只能吸收可见光而受到限制。BiOX纳米材料是一种窄带隙半导体材料,同样拥有优异的光催化活性。BiOX可与TiO2构建p-n型异质结构,既可以将TiO2的响应从紫外光区域扩展到可见光区域,又能够减缓BiO
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环境污染和能源短缺一直是人们需要迫切解决的热点问题。作为一种绿色科技,半导体光催化在解决上述问题方面显示出巨大的潜力。在传统的光催化剂中,二氧化钛（TiO2）因其性能优异受到广泛关注,但由于其宽带隙只能吸收可见光而受到限制。BiOX纳米材料是一种窄带隙半导体材料,同样拥有优异的光催化活性。BiOX可与TiO2构建p-n型异质结构,既可以将TiO2的响应从紫外光区域扩展到可见光区域,又能够减缓BiOX中光生电子和空穴的复合,是一种有良好前景的高活性光催化剂。钛氧簇合物（TOCs）是一种具有明确结构的分子态钛氧材料,既可作为TiO2的分子模型,也可作为钛氧材料的前驱体。尽管纳米TiO2与其他半导体组装成异质材料已有很多研究,但是很少有钛氧簇与其他半导体簇组装的研究。将钛氧簇作为前驱体来制备异质材料并探索其性能才刚刚开始。本论文合成了一系列由钛氧簇阳离子和卤化铋簇阴离子组装而成的超盐型簇合物。利用TOC和BiX簇在水中极易水解的特性,将这种簇合物作为单一源前驱体,方便地制备了异质结构BiOX-TiO2光催化剂,发现其具有高效的光催化活性,并探讨了其催化机理。我的研究工作主要包括以下内容:（1）第一部分工作通过一步原位溶剂热合成法制备了三种由Ti12阳离子簇和碘化铋阴离子簇组装而成的超盐型簇合物:[Ti12015（O’Pr）17]3[Bi3I12]·3HOiPr（1）、[Ti12O14（OiPr）18][Bi4I14（THF）2]（2）和[Ti12014（OiPr）18][Ti11BiO14（OiPr）17][Bi6I22]·HOiPr·3CH3CN（3）。结构分析表明,对于三种化合物中不同电荷的碘化铋阴离子簇,Ti12阳离子分别采取了不同的结构与电荷与之匹配。基于TOC和BiI簇易水解的特性,只需将研磨的簇晶体放入水中即可简便地制备纳米级p-n型BiOI-TiO2异质结光催化剂,通过降解RhB染料发现这类催化剂具有优良的光催化活性。研究表明这是一种仅需一步原位合成和一步水解即可得到的高效异质结构催化剂的制备方法。（2）第二部分工作是在第一部分研究基础上深入探索这类簇合物的合成和实际应用前景。进一步合成了一个由Ti12阳离子和溴化铋阴离子组装的钛氧簇[Ti12O14（OiPr）18][Bi3Br11（THF）2]（4）。通过溶剂热法使晶体2和4生长在碳纤维布（CFC）上,得到簇合物修饰的CFC。利用晶体在水中易水解的特性方便地制备了导电CFC负载的异质结BiOX-TiO2光催化剂。与粉末催化剂相比BiOX-TiO2/CFC光催化剂在染料降解中具有极好的催化剂分离率和回收效率,经十次循环使用催化效率仍无明显下降。并利用CFC可以导电的优势,将BiOX-TiO2/CFC作为光电极,比较其对染料降解的电催化、光催化和光电催化（EC、PC和PEC）效率,为催化剂的实际工业应用创造了条件。
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