近年来,铋系半导体光催化剂因其独特的电子结构和优良的催化性能而被广泛研究。四氧化二铋（Bi₂O₄）是一种新型铋基可见光催化剂,带隙较窄,约1.9-2.1eV,有较好的可见光催化活性。然而,将其单独作为光催化剂,存在光生载流子易复合,可见光利用率较低等缺点,抑制了其光催化性能。因而,如何提高Bi₂O₄的光催化性能需要深入研究。本论文以Bi₂O₄为研究对象,采用聚吡咯（PPy）表面包覆、碳量子点表面修饰、多级结构TiO₂微球的空间限域作用三种手段对Bi₂O₄进行改性,促进Bi₂O₄光生电子-空穴对分离,提高太阳光利用率,从而提高Bi₂O₄的光催化性能。本论文主要从以下三个方面展开研究:第一,以吡咯单体为原料,通过气相聚合法实现了PPy对Bi₂O₄的原位包覆,形成Bi₂O₄@PPy核壳结构。该结构不仅能够增大Bi₂O₄与聚吡咯的界面接触面积,而且导电高分子PPy与Bi₂O₄能够形成Ⅱ型异质结,提高光生载流子的分离效率。此外,PPy中五元氮环对染料分子的吸附作用,能够使染料在其表面富集,进而提高光催化性能。当聚合时间为6小时时,Bi₂O₄被PPy完全包覆,形成Bi₂O₄@PPy核壳结构复合物,其对甲基橙的可见光催化降解效率最高,速率常数是纯Bi₂O₄的2.4倍。第二,采用水热法,将氮掺杂碳量子点（N-CQDs）与Bi₂O₄复合制备N-CQDs/Bi₂O₄复合物。利用碳量子点优异的导电性,提高Bi₂O₄光生电子-空穴对的分离效率;利用碳量子点的上转换效应,将近红外光转换为可见光激发Bi₂O₄,拓宽太阳光谱响应范围,提高太阳光利用率,从而提高Bi₂O₄的可见光催化活性并产生近红外光催化活性。甲基橙催化降解结果表明,在模拟太阳光、可见光以及近红外光照射下,0.3wt%N-CQDs/Bi₂O₄复合物均表现出最佳光催化活性,其速率常数分别为纯Bi₂O₄的3.1、2.3和2.9倍。活性物种捕获实验结果表明,该反应体系中h⁺与?O₂^-为主要活性物种。第三,利用富含孔结构的多级TiO₂的空间限域作用,使Bi₂O₄由次微米棒状结构转变为纳米颗粒,原位构建Bi₂O₄/TiO₂Ⅱ型纳米异质结。Bi₂O₄/TiO₂异质结对甲基橙具有更好的吸附性能和可见光催化活性,其中Bi₂O₄与TiO₂的质量比为3时,催化效率最佳。最优复合物Bi₂O₄/TiO₂-3异质结对甲基橙的可见光降解速率常数为0.0261 min^-1,是纯Bi₂O₄的2.9倍。Bi₂O₄/TiO₂异质结光催化活性提高的主要原因有以下几点:1)比表面积增加,提高了表面活性位浓度,促进了对染料分子的吸附;2)纳米Bi₂O₄缩短了光生载流子从内部向表面迁移的距离,降低光生载流子复合的机率;3)大量Bi₂O₄/TiO₂Ⅱ型纳米异质结的存在,增加了纳米Bi₂O₄与TiO₂的接触界面,促进了光生电荷的高效分离。