随着经济的飞速发展和世界人口的快速增长,能源危机和环境污染问题已到达无法忽视的程度,成为全球人民亟待解决的关键问题。作为新型的高级氧化技术,光催化在解决环境污染和开发可持续新能源方面有着重要的研究和应用。探索适当的策略来保证半导体光催化剂中光生载流子的有效分离是确保光催化材料具有优异性能的关键。本文采用一系列方法对卤氧化铋光催化材料进行改性优化,实现其光催化性能的提升。通过X射线衍射分析（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、X射线吸收精细结构谱（XAFS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、高角环形暗场像扫描透射电子显微镜（STEM-HAADF）、紫外可见漫反射光谱（DRS）等表征方法对其微区和电子结构进行分析。通过光电流,电化学阻抗谱（EIS）,稳态荧光谱（PL）和荧光寿命等表征研究其电荷分离和迁移过程。结合光催化性能的差异,研究催化剂本身结构与光催化性能间的内在关系。本文通过Bi OCl超薄纳米片表面构建坑缺陷,探索催化剂表面缺陷与光催化活性之间的构效关系。扫描透射电镜结果清晰的证实Bi OCl超薄纳米片表面清楚地存在坑缺陷。理论计算/实验结果表明,表面构建的坑缺陷在增加材料态密度的同时减小其带隙。坑缺陷的引入能有效缩短光生空穴的迁移距离,并且坑缺陷周围形成了丰富的配位不饱和活性原子。相比于Bi OCl超薄纳米片和体相Bi OCl材料,富缺陷BiOCl材料表现出增强的光催化去除恩诺沙星和罗丹明B的性能及增强的光催化产氧活性。反应型离子液体体系中,通过pH的调控,实现溶剂热法制备新型Bi₄O₅Br₂光催化材料。材料的组成和结构表征显示离子液体体系能成功制备Bi₄O₅Br₂超薄片状材料,制备得到的片状材料厚度约为8nm。可见光照射条件下,以抗生素环丙沙星及四环素为目标污染物,考察制备Bi₄O₅Br₂超薄纳米片材料的光催化活性。结果表明可见光降解环丙沙星和四环素污染物过程中,富Bi的Bi₄O₅Br₂超薄纳米片材料表现出比BiOBr纳米片更优越的光催化性能。电子顺磁共振谱图的结果显示该光催化反应过程中超氧自由基负离子为主要活性物种。能带结构表征显示,变化的能带位置是引起光催化活性增强的主要因素,Bi₄O₅Br₂材料更负的导带位置有利于形成更多的超氧自由基活性物种。同时,上移的导带和更宽的价带促进了电子-空穴对更高效的分离。通过模板剂辅助溶剂热法结合pH调节,制备了单晶胞厚度Bi₃O₄Br材料。通过调节Bi₃O₄Br纳米片材料表面的Bi缺陷,有效调节氧缺陷的浓度。通过STEM-HAADF分析,可以清晰的观察到材料表面的缺陷。缺陷的存在可以有力的调控材料局部的原子结构和电子结构。制备的富缺陷单晶胞Bi₃O₄Br表现出比少缺陷Bi₃O₄Br和体相Bi₃O₄Br更优异的光催化降解四环素及产氢活性。材料超薄的厚度使得光生电荷的体相分离效率得到提升,同时表面缺陷则进一步促进表面电荷的分离,最终保证了富缺陷单晶胞Bi₃O₄Br材料具有较高的电荷分离效率,进而大大增强催化剂的光催化性能。室温下通过反应型离子液体碘化1-丁基-3-甲基咪唑辅助法快速制备了Bi OI中空微球材料。对BiOI中空微球材料的生长机理进行了研究。结果显示BiOI中空微球通过自组装和自内而外Ostwald熟化机理形成。在材料制备中,离子液体同时作为溶剂,反应源和软模板,对中空微球的形成起着至关重要的影响。以罗丹明B（RhB）,四环素（TC）和双酚A（BPA）为目标污染物研究材料光催化降解性能。通过一系列表征对设计材料的结构和催化活性之间的关系进行了详细的研究。研究结果显示BiOI中空微球光催化活性的提升来源于材料对光捕获能力的提高,更高的比表面积以及更快的界面电荷分离速率。活性物种研究显示空穴和超氧自由基是光催化降解RhB过程中的活性物质。利用碳量子点（CQDs）对BiOCl超薄纳米片进行修饰,建立了CQDs/BiOCl材料制备体系,以一步法合成了复合光催化剂CQDs/BiOCl。通过在近红外光、可见光和紫外光照下去除双酚A和罗丹明B来评估CQDs/BiOCl材料的光催化性能。CQDs/BiOCl光催化剂显示出比单体BiOCl更优的污染物降解性能,并且表现出光催化降解污染物的广谱性。电子自旋共振、XPS价带谱和自由基捕获实验证明光催化反应过程中主要的活性物种为空穴以及O₂^·-。CQDs提高光催化性能的主要原因是其优越的电子转移能力、增强的光吸收以及更多的催化活性位点。成功制备了含有1-2个[Bi-O-I]单元的N-CQDs/BiOI超薄纳米片材料。构筑的超薄结构能够降低BiOI中体相电荷复合率,而表面氮杂碳量子点的修饰则有利于构建表面电荷分离中心,从而使杂化材料N-CQDs/BiOI超薄纳米片展现出良好的光生电荷分离效率。N-CQDs修饰到Bi OI纳米片上后,N-CQDs/BiOI材料在可见光和紫外光条件下表现出增强的光催化性能。一系列表征显示光催化反应过程中的活性物种能被有效调控。N-CQDs的引入可以在可见光照射条件下,通过单电子还原有效的实现分子氧的活化。紫外光照下,同时发现羟基和超氧自由基的存在,N-CQDs的引入可以进一步提高自由基的浓度。通过反应型离子液体辅助溶剂热法制备了银量子点（Ag QDs）修饰BiOBr超薄纳米片复合材料。银纳米粒子的平均尺寸小于5 nm,能均匀的分散于BiOBr纳米片材料的表面。制备的Ag QDs/BiOBr显示出对抗生素污染物环丙沙星（CIP）和四环素（TC）增强的可见光光催化去除性能。通过一系列表征,对Ag QDs/BiOBr材料降解污染物的机制进行详细的探究,同时对Ag QDs能提升光催化性能的作用机制提出新的看法。研究显示Ag QDs的引入区别于文献报道的电子注入,等离子体共振能量转移和肖特基结性能,Ag QDs能够在可见光条件下通过热电子还原来活化分子氧。同时,Ag QDs能起到吸附中心,电荷分离中心和光催化反应中心的作用,共同促进材料光催化性能的提升。该研究为增强催化剂分子氧活化提供了一种途径。通过碘化1-己基-3-甲基咪唑反应型离子液体辅助溶剂热法制备了CQDs/BiOI复合材料。研究显示,离子液体的引入有利于在CQDs与BiOI材料间构建紧密的结合。这是基于CQDs表面丰富的羟基和羧基与离子液体间通过氢键形成强耦合作用力,溶剂热处理下离子液体中的碘离子与硝酸铋原位结合生成BiOI材料的同时原位复合CQDs材料形成CQDs/Bi OI复合材料。以RhB为目标污染物,在可见光照射条件下考察CQDs/BiOI的光催化性能。结果显示CQDs/BiOI相对于BiOI有着更强的光催化降解污染物性能,6 wt%CQDs/BiOI材料展现出最佳的光催化降解活性。机理研究显示复合材料光催化性能的增强主要来自于BiOI和CQDs间良好的界面接触,这使得CQDs能有效的传递电子,实现光生电荷载流子的高效分离。基于XPS价带谱、自由基捕获实验和电子顺磁共振分析确定了光催化过程中主要的活性物种以及可能的光催化机理。