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半导体光催化技术被认为是具有应用前景的高级氧化水处理技术之一。在众多催化剂中,氯氧化铋（BiOCl,记为BOC）因其特殊电子结构产生的内建电场（Internal electric field,IEF）,有利于光生载流子分离。BOC{001}晶面为电子的聚集晶面,能有效实现光生载流子在空间上的有效分离,且该晶面尾端连接氧原子易产生氧空位。氮化碳（g-C3N4,记为CN）修饰的BOC,光吸收能力增强,但二者之间多为无序生长,接触不紧密,限制其光催化活性。氯掺杂的石墨相氮化碳（g-C3N4-Cl,记为CNCl）中的Cl具有很强的电负性吸负电子性导致其表面电荷不均匀,易在溶液中捕获正价粒子,因此可作为原位生长的“芯”。有关原位生长的BOC/CNCl异质结还未见报道。本论文旨在改善粉末BOC催化剂在实际应用中存在的光生载流子复合率高和可见光响应范围窄问题,从内建电场与能带结构角度出发,通过暴露晶面调控、异质结构建与固溶体引入改性手段设计制得一系列催化剂:{001}晶面暴露的BOC;原位定向生长的Z型异质结BiOCl/g-C3N4-Cl（BOC/CNCl）与固溶体引入的BiOClxI1-x/g-C3N4-Cl(BOCxI1-x/CNCl);并以石墨烯水凝胶（r GH）为载体制备光电阳极材料,构建光催化燃料电池（Photocatalytic fuel cell,PFC）以解决催化剂难回收、阳极材料负载不稳定的问题。本论文取得的主要研究成果包括:（1）通过调控BOC{001}晶面暴露,调控材料的IEF具有强度和表面氧空位数量,实现对光催化活性的提升。采用室温沉淀法制备了不同{001}晶面暴露比的BOC-1（65%）、BOC-2（75%）和BOC-3（76%）。DFT计算与EPR结果表明,随着{001}晶面暴露增加,材料表面氧空位增多,利于吸附更多的O2生成·O2-;同时BOC电子密度不断增加,形成的IEF强度增加,促进光生载流子的分离,从而提高的材料的光催化活性。{001}晶面暴露比最高的BOC-3具有最佳的可见光催化降解TCH活性,降解动力学常数0.022min-1,为BOC-1(0.016 min-1)的1.4倍。（2）采用原位生长策略,在制备BOC体系中引入CNCl构建BiOCl/g-C3N4-Cl（BOC/CNCl）异质结。结果证明,BOC/CNCl原位生长机制为:CNCl表面Zeta电位低,易吸附Bi3+使BOC紧密均匀生长在CNCl表面。相对于非原位生长的BOC/CN,原位生长的BOC/CNCl内部形成IEF强度更大,具有更高的光生载流子分离效率和光催化活性,对TCH的去除效率提高了40%。该体系为Z-scheme电子转移机制,具有更强光催化氧化与还原活性,氧化反应发生在BOC的价带,还原反应发生在CNCl的导带。可见光照60 min时,BOC/CNCl-3对TCH和Cr（VI）的去除效果分别达到90%和99%。（3）采用固溶体引入策略,将碘（I）引入BOC构建BiOClxI1-x固溶体体系。通过调节前驱体中Cl源和I源比例获得BiOClxI1-x/g-C3N4-Cl(BOCxI1-x/CNCl),对BOC/CNCl进行改性,进一步提升体系的可见光吸收性能。结果表明,BOCxI1-x/CNCl为原位生长的异质结,且与BOC/CNCl原位生长作用机制相同。BOCxI1-x与CNCl接触紧密进而形成了较强的IEF,有利于光生载流子的分离。相同条件下,相较于BOC/CNCl,BOC0.75I0.25/CNCl对TCH去除效果提升了45%,而对Cr（VI）的去除率下降了21%。这是因为I的引入显著增强了材料的光吸收能力,BOC0.75I0.25/CNCl能产生更多的光生载流子,因此对TCH的去除率增加,但BOC0.75I0.25/CNCl为p-n异质结,还原反应发生在比CNCl导带位置更正的BOC0.75I0.25导带,因而对Cr（VI）的去除率下降。（4）将BOCI/CNCl与GO溶液混合,通过水浴加热得到负载在r GH网格中的BOCI/CNCl/r GH光阳极。研究结果表明,BOCI/CNCl/r GH和BOCI/CNCl/FTO相比,其载流子分离速率更强且可见光吸收能力增加。BOCI/CNCl/r GH-Pt PFC产电性能提升,短路电流和最大功率密度分别为BOCI/CNCl/FTO-Pt PFC的5.1倍和1.2倍;同时,BOCI/CNCl/r GH-Pt PFC具有更高的光催化活性,对TCH的去除率提升了29%,对Cr（VI）的去除率提升了32%。在TCH与Cr（VI）共存条件下,相对于单独TCH或Cr（VI）存在,TCH去除率提升至87%,增加了16%;Cr（VI）的去除率提升至85%,增加了19%。本论文通过晶面调控强化材料内建电场强度和提高表面氧空位浓度;原位异质结构建策略进一步提高异质结界面之间内建电场强度,促进光生载流子分离。同时在研究过程中取得了一些新的结果与理论,为设计构建具有更高光催化活性的类似光催化材料提供了理论基础和新策略。