工业的快速发展已经引发严重的环境污染和能源短缺问题,半导体光催化被认为是解决这些问题的有效技术手段之一。在各种光催化剂中,石墨相氮化碳(CN)作为一种无金属成分、绿色环保、高化学稳定性和独特物理化学性质的可见光响应光催化剂,引起了广泛关注。CN光催化剂已被广泛应用于水污染处理,二氧化碳还原,分解水制氢和催化有机反应等方面。然而,CN存在比表面积低和光生载流子复合率高等不足之处,这极大的限制其光催化性能。近十年来,基于CN的异质结构因其能够有效提高光催化性能而引起了全世界科学家的关注。本论文主要研究CN基异质结光催化剂的制备及性能,选用钨酸铋(BW)和钒酸铋(BV)这两种铋基半导体与CN形成异质结光催化剂,研究其在可见光下对苄胺氧化的催化性能和机理。同时选用石墨烯量子点(GQDs)来修饰石墨相氮化碳纳米棒(CNNR),得到的GQDs/CNNR光催化剂实现对抗生素的高效去除。相关工作如下:1.石墨相氮化碳/钨酸铋(CN/BW)异质结光催化剂是通过在CN表面上水热生长BW制备的。表征结果表明,复合材料很好地耦合在一起,并且形成Ⅱ型能带结构能有效促进光生电子空穴对的分离。以苄胺氧化反应为模型研究其光催化性能。与纯CN和BW相比,可见光下异质结表现出明显的增强活性。反应时间3小时,CN/BW(75%)异质结实现对苄胺氧化偶联反应的高转化率(98%)和选择性(98%)。此外,该异质结光催化剂在氧化苄胺衍生物方面具有优异的稳定性和普适性。根据实验结果,阐明异质结光催化过程中电子和空穴的转移途径,并提出将苄胺选择性氧化为亚胺的可能机理。2.利用溶剂热法制备二维(2D)/2DCNNS/BV异质结光催化剂。与原始CNNS和BV相比,CNNS/BV对苄胺氧化的光催化性能明显增强,这是因为光生载流子的有效分离。最佳反应条件下,50%CNNS/BV样品对催化苄胺氧化具有高转化率(96%)和选择性(99%),与纯CNNS和BV相比分别提高了 3.8和1.9倍。此外,该催化剂对一系列苄胺衍生物也表现出良好的普适性和稳定性。最后提出苄胺选择性氧化为亚胺的可能机理。3.通过水热处理制备0维(0D)GQDs修饰的CNNR无金属复合光催化剂。理化性质的表征表明,该GQDs/CNNR光催化剂具有较高的结晶度,增强的可见光吸收率和交错式能带结构,可以促进光激发电子和空穴的形成、传输和分离。这些突出的优点使得GQDs/CNNR的光催化活性明显提高,可有效去除抗生素。其光催化反应速率分别是原始CN和CNNR的3.4和2.0倍。此外,这种复合光催化剂在降解抗生素方面还具有良好的应用通用性,优异的稳定性和可重复使用性。我们进一步证明光催化过程中的主要活性物质是光诱导的空穴和超氧自由基。