在光诱导下通过半导体材料为介质实现环境污染物深度处理和能源高效转化是近年来无机材料领域的研究热点和难点之一。具有特殊层状结构的碳酸氧铋材料虽然具有较好的光催化活性,但其带隙较宽而只能被紫外光激发,同时光照激发产生的载流子复合速率极快,使得其在环境光催化与能源光催化领域的应用受到限制。因此,通过体相和表面结构调控构筑碳酸氧铋复杂体系来实现光诱导条件下其对特定反应催化活性的增强,是一项具有重要意义的工作。本论文结合第一性原理计算,设计合成一系列基于碳酸氧铋的复杂催化体系,并通过分析碳酸氧铋复杂体系对催化活性的影响,探讨催化剂结构、性质以及催化性能之间的构效关系,阐明碳酸氧铋复杂体系光诱导催化增强机制。从而进一步指导高效铋系催化材料的设计与合成,并为光诱导非均相催化的实际应用提供理论指导。本论文的主要工作如下:1、从理论计算及实验研究两个层面探讨卤素离子（Cl^-、Br^-及I^-）掺杂对Bi₂O₂CO₃材料的光催化活性增强作用。结果表明,Cl^-、Br^-及I^-掺杂均能有效拓展Bi₂O₂CO₃材料光谱响应的范围,提高材料对可见光的吸收利用能力,且能够提升材料可见光照射条件下产生光生电荷的能力,并有利于光生载流子在材料表面的迁移。同时,光生电子与空穴的复合几率也得到了一定程度的抑制。由于卤素离子掺杂引起材料光电性能的改变,卤素离子掺杂型Bi₂O₂CO₃材料对水体中有机污染物（如有机染料、抗生素类药物等）的可见光降解活性得到了增强。在此基础上,选取Br^-掺杂的Bi₂O₂CO₃样品为代表,对其光催化降解土霉素的实际过程开展了详细的研究。研究结果表明,在较宽的pH范围内材料均对土霉素具备较好的降解活性。实际废水中可能存在的腐殖酸以及不同的阴、阳离子均会对材料降解土霉素的活性造成一定的影响。该材料也具备良好的循环使用性能,对土霉素的最高矿化率可达67.9%。结果表明掺杂型Bi₂O₂CO₃材料对废水中抗生素类药物光催化降解具备较好的实际应用前景。该研究为通过掺杂改性实现宽带隙半导体光催化剂可见光光催化活性的提升提供了新的依据。2、通过第一性原理计算对设计构筑的g-C₃N₄/Bi₂O₂CO₃复合材料中g-C₃N₄与Bi₂O₂CO₃界面上的电子转移过程进行了理论模拟,分析了活性提高的可能性。在此基础上,通过一种简便的水热法制备得到了g-C₃N₄表面修饰的Bi₂O₂CO₃材料。经过g-C₃N₄表面修饰后的材料均表现出比纯态Bi₂O₂CO₃更佳的光催化活性。其中,10 wt%g-C₃N₄/BOC样品在模拟太阳光条件下对抗生素类污染物四环素及盐酸四环素表现出最佳的光催化降解活性。该材料同时也对其它有机污染物,如土霉素、刚果红、甲基橙、孔雀石绿及亚甲基蓝,具有良好的光催化降解能力。由光电化学与荧光光谱测试结果可知,g-C₃N₄表面修饰的Bi₂O₂CO₃光催化活性提高的主要原因是复合材料中相对较快的电荷迁移速率和极大程度上抑制的光生电子-空穴对的复合率。该研究不仅提供了一种制备g-C₃N₄表面修饰的Bi₂O₂CO₃材料的新方法,也为通过表面改性来提高紫外光响应的宽带隙半导体纳米材料的光催化活性提供了新依据。3、从理论计算层面研究了氧空缺引入对Bi₂O₂CO₃材料结构与电子性质的影响,并预测了光催化活性增强的可能性。在理论预测的基础之上,以水-乙二醇混合体系为溶剂,通过简单的溶剂热方法制备得到了氧空缺型Bi₂O₂CO₃样品。通过氧空缺的引入,实现了Bi₂O₂CO₃材料在模拟太阳光照射下光催化降解喹诺酮类抗生素依诺沙星（ENO）活性的增强。其中,以适量氧空缺含量的样品（BOC-2）的活性最佳,其经3小时模拟太阳光照射后对ENO的降解率达到95.3%,且经5次循环使用后,仍保持较高的光催化降解活性,说明制备所得样品（BOC-2）是一种具备良好循环使用性能的、较稳定的光催化剂。光电化学实验结果、荧光光谱测试及活性物种顺磁共振测试结果表明,氧空缺的存在可以提高材料产生光生电荷的能力,且有利于光生电子在材料表面的迁移,能有效抑制光生电子与空穴的复合,从而提升材料产生·O₂^-与·OH两种活性物种的能力,故而增强材料光催化降解有机污染物的能力。实际水体中环境因素影响实验结果表明,合成所得氧空缺型Bi₂O₂CO₃材料（BOC-2）在较宽的pH值范围（pH≥7）均表现出较高的对ENO的光催化降解效率。同时也考察了水体中存在的有机物、各种阴、阳离子对材料光催化降解ENO的活性的影响。另外,通过在氧空缺型Bi₂O₂CO₃材料上负载单质Bi抑制ENO降解的实验结果,推测ENO在氧空缺型Bi₂O₂CO₃材料上光催化降解反应的活性位点为氧空缺位。该项工作为开发基于氧空缺改性的高活性半导体光催化剂提供了理论基础。