近年来,伴随着环境污染问题越来越严重,如何改进生态环境,保护环境成为全球性,世界性的问题。事实上,环境污染问题在发展中国家尤为突出,严重影响了这些国家的经济发展和社会和谐。在诸多治理环境污染的方法中,光催化技术因利用太阳能,能耗少,成本低,光化学反应产物为水,二氧化碳等小分子,无污染等诸多优点而备受关注。然而,污染物的光降解过程需要利用高效催化剂的催化作用来实现。但目前的光催化剂普遍吸光范围较窄,多数催化剂只能在紫外光作用下才能实现;使用寿命短,回收困难,尤其是纳米催化剂难以回收易导致二次污染;催化效率有限,难以达到规模化应用标准。因此,如果要真正实现气/液污染物的高效光降解,设计开发高效的光催化剂是关键。本文在大量调研文献,总结前人经验的基础上,从提高催化剂的催化效率,拓宽催化剂光吸收范围,解决纳米材料回收问题出发,进行了一些探讨研究,得到如下结论:1.大气污染物主要由颗粒粉尘和有毒气体两部分组成。但有毒气体的光催化研究工作报道的相对较少,这主要是因为有毒气体的光催化降解过程的评价相对困难,受催化剂和气体的接触方式,接触面积,反应装置大小的影响较大,很难统一标准,且光催化产物具有多样性,离线分析会降低分析的准确性,气体的毒性也会影响操作者的安全。因而这一研究工作的前提是确立有效的测评方法。在这项工作中,我们将气敏元件内置在气体降解装置内,设计了一种新颖的有毒气体光催化过程原位监测分析仪,能够实时原位监测有毒气体在光催化过程的浓度变化。但是这一装置并不能对多样性的降解产物进行有效识别,为深入理解我们目标气体——氨气,在光催化过程中降解的是否彻底,降解的产物是什么,以及紫外光源,空气中的氧气在光催化过程中起的作用,我们又设计了更小的,具有多气体通路的光催化反应腔,并将其与电子自旋波谱仪（EPR）和质谱（MS）联用,实现了对整个催化过程的有效评价。2.在确立评价系统后,更为关键的是高效催化剂的设计与合成。我们首先选择在光催化剂领域研究最多的二氧化钛作为目标催化剂。从降低催化剂颗粒尺寸提高其催化活性,负载在大尺寸载体上,满足催化剂与气体的有效接触并易于回收的角度出发,将纳米二氧化钛（Ti O2）高分散地负载在细菌纤维素（BC）气凝胶上,得到了分米级别的BC-Ti O2气凝胶材料。实验发现BC的引入不但让我们得到了大尺寸的复合气凝胶材料,而且BC表面富含的羟基不但有利于二氧化钛的有效锚定,而且使其具有丰富的氧空位。BC-Ti O2在紫外光下10 min之内能够完全降解氨气（NH3）,相比之下,单独Ti O2只能降解50%。结合EPR原位分析发现BC-TiO2丰富的氧空位可以提高光催化剂的吸附能力和增加活性位点,从而提高其催化能力。结合原位MS分析,探讨了臭氧（O3）的形成及其对光催化过程的影响。3.上一个工作中,催化剂的光吸收的范围主要集中在紫外区域,因此材料的应用很有限。从拓宽材料的吸光范围出发,采用离子置换之后高温硫化的方法,合成了疏松鸟巢结构的Zn S-In2S3复合材料。这种疏松的网络结构由纳米线绕成,且组成它的纳米线由2～3纳米的小颗粒连接而成,这为创造丰富的Zn S-In2S3异质结提供了可能。将其用于可见光催化降解多种液相有机污染物。结果表明我们合成的Zn S-In2S3异质结在可见光下20 min内对甲基橙（MO）的去除率达到98%,甚至能够降解抗生素四环素（TC,73%）和污染物双酚A（BPA,74%）。这主要归因于该异质结结构不但拓宽了光吸收范围,而且有效地降低了电子-空穴对的复合率。