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当前,能源与环境问题已受到人们的高度关注。半导体光催化技术力求利用太阳能,引发化学反应。凭借温和、廉价、无二次污染等优点,该技术在环境污染物控制与能源再生方面将有着巨大的应用前景。为了提高光催化反应的效率,人们已采用多种方法,改良半导体的体相和表面结构。但是,迄今为止,半导体光催化的量子效率依然很低。本论文从提高半导体光催化的活性入手,主要通过表面修饰,较为系统地研究了铜化合物对半导体光催化性能和稳定性的影响及其反应原因,取得了以下的主要成果：(1)通过简单溶剂混合法,制备了磷酸铜修饰的二氧化钛复合光催化剂。以水中苯酚降解为模型反应,评价了这些光催化剂的活性和稳定性。在波长大于320 nm的紫外光照射下,该复合光催化剂的活性随着磷酸铜含量的增加而呈现先上升后下降的趋势。当磷酸铜的修饰量等于0.1wt%时,复合光催化剂的活性最高,大约是单独二氧化钛的1.9-3.4倍,并且也高于氧化铜和磷酸钙修饰的二氧化钛的活性。经过5轮循环实验,磷酸铜修饰的二氧化钛依然具有较高的光催化活性和稳定性。EPR、XRD、BET等技术的固体表征显示,磷酸铜是以小颗粒形式高度地分散在二氧化钛表面,而二氧化钛自身的物理化学性质没有发生显著改变。2,4-二氯苯酚的吸附实验和铜离子EPR检测表明,磷酸根有利于有机物吸附,铜离子能捕获二氧化钛的光生电子,从而促进了二氧化钛光生载流子的分离,协同提高了半导体光催化降解有机物的效率。(2)通过水热法,合成了钨富集和铜富集的钨酸铜复合光催化剂。该复合光催化剂的化学组成和晶体类型与水热反应的pH值密切相关。当pH<5.2时,主要以WO3/CuWO4存在；当pH>5.2时,主要是以CuO/CuWO4存在；而只有当pH等于5.2时,才是单一的CuWO4。对于可见光下光催化降解有机物,CuO/CuWO4的光催化活性高于CuWO4和WO3/CuWO4,其中在pH=8.5条件下合成得到的CuO/CuWO4具有最高的光催化活性。此外,煅烧温度也对该CuO/CuW04的光催化活性具有显著的影响。当煅烧温度为600℃时,其光催化活性最高。(3)针对CuO/CuWO4,进一步研究了它的光催化性能和反应机理。该铜富集的钨酸铜大约含有1.8wt%的氧化铜。但是,它对在紫外或可见光下降解苯酚的光催化活性确实是单独钨酸铜的10倍和6倍。高分辨透射电镜表征表明,氧化铜是以4nm小颗粒高度分散在钨酸铜(40 nm)的表面。光电化学研究表明,证实了氧化铜修饰在钨酸铜表面能极大提高其光催化活性的原因是它们之间发生了电荷转移,钨酸铜上的价带空穴能够转移到氧化铜的价带,转移到钨酸铜上的电子可以与氧气发生单步的双电子转移而生成过氧化氢。氧化铜与钨酸铜之间的电荷转移极大地提高了CuO/CuWO4光催化剂降解苯酚的活性。(4)采用简单溶剂混合法,制备得到具有不同CuWO4含量的三氧化钨复合光催化剂,研究了这些催化剂的光催化性能及其反应机理。对水中苯酚的可见光降解,这些催化剂几乎没有活性。但是,在过氧化氢存在下,它们的光催化活性显著提高。当钨酸铜的修饰含量等于1.0 wt%时,复合光催化剂的活性最高,大约是单独三氧化钨的2.2倍。通过光电化学,分别检测了复合电极的阳极光电流和氧气阴极还原电流。结果表明,钨酸铜上的导带电子可以转移到三氧化钨的导带,但三氧化钨上的空穴不能转移到钨酸铜的价带。三氧化钨和钨酸铜之间的电荷转移是光催化活性得以提高的原因所在。(5)通过浸渍法,制备得到具有不同CuO修饰含量的Ti02复合光催化剂。对于CO2在pH 3.8水溶液中的紫外光光催化还原,经氧化铜修饰的二氧化钛与二氧化钛的光催化活性几乎相同。但是,CO2的还原产物明显偏向于CH3OH的生成。通过阴极暗态电流的检测,发现二氧化钛电极在CO2气氛下的阴极电流大于N2,而经氧化铜修饰的二氧化钛电极在CO2和N2气氛下的阴极电流基本一致。初步研究说明,在酸性条件下,氧化铜被还原成氧化亚铜或单质铜后不能还原C02。