当今世界能源短缺的问题,制约着现代化社会的可持续发展。新能源技术的开发已经成为当前科学研究的一个必然趋势。太阳能具有取之不尽,清洁易得等优点,因此越来越多的科学家们尝试利用太阳能驱动催化得到可利用的清洁能源,例如氢能。半导体光催化技术是一种可以方便、有效利用太阳能进行多种催化反应的技术。目前有大量的研究致力于利用半导体催化分解水产生氢气以得到绿色清洁的氢能源。而这一技术仍然存在多种因素限制其大规模实际应用:首先半导体催化剂应满足对太阳光的有效吸收,但半导体催化剂大多带隙较宽,对于太阳光中占有47%的可见光组分吸收较弱;其次催化剂往往不能有效地吸附并活化水分子;光生电荷往往分离效率较低,分离后的电子空穴对仍需具备较强的氧化性和还原性才能实现水分解中氧化和还原两个半反应的有效发生;这些因素都导致了最终太阳能向氢能转化的低效率。氯氧化铋(BiOCl)是一种典型层状结构的半导体光催化剂,因其低毒性、廉价易得、独特的晶面效应以及电子能带结构易于调控等性质被广泛应用于光催化反应。并且由于其表面氧空位的局域富电子特性能够有效地活化多种小分子如N2、NO、H2O等,提高了小分子在热力学上被催化的可能性。这些独特的性质都为其应用于光催化技术提供新的研究思路。因此,本文旨在通过改变BiOCl表面结构,提高其光催化分解水的性能,为其在太阳能向氢能转化领域提供新的研究思路。具体研究内容如下:1.光催化分解水需经历两个主要的半反应过程:水氧化产氧和还原水产氢。其中水氧化产氧过程需经历四空穴氧化过程,这一半反应若不能有效进行,则会限制还原反应的发生。BiOCl在表面存在氧空位时表现出的一些独特性质,例如对于水分子的有效吸附及促进其分解过程的发生、对可见光的吸收有明显的拖尾现象,都为光催化分解水提供了前提;并且由于表面氧空位浓度会大大的影响催化反应的进行,因此本文首先探究表面氧空位浓度在可见光下对水氧化过程的影响。另外,依据氧空位浓度的改变所得到不同的氧化产物,将光催化水氧化与污染物去除结合,从而实现通过调控BiOCl表面氧空位浓度来发展催化剂的多种应用。2.在一定程度上提高了可见光下氧化半反应的效率后,进一步对催化剂表面进行其他材料的修饰,即负载助催化剂,辅助其还原水产氢过程的发生。常见的贵金属助催化剂往往并不能阻止水分解逆反应的发生,甚至在一定程度上会起到促进作用,而过渡金属氧化物则没有表现出这种现象。氧化钌(RuO2)、氧化镍(NiO)是目前产氢效果较好的过渡金属氧化物助催化剂,但Ni相比于Ru对于H有强吸附作用,并不利于后续析氢过程。BiOCl表面富氧,金属在其表面易形成氧化物,并且Ru极易在富氧催化剂表面通过外延生长的方式生长为RuO2小颗粒,于是将RuO2作为BiOCl表面的产氢助催化剂,在一定程度上提高了 BiOCl可见光条件下的产氢性能。