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半导体光催化技术因其反应条件温和、能直接利用太阳能转化为化学能的优势,在解决能源短缺和环境污染等问题中显现出巨大的应用前景,开发高效稳定的光催化剂成为了近年来的研究热点之一。然而,光催化材料的太阳能利用率低、光催化反应效率低、反应机理不明确等问题制约了该技术的实际应用。因此,本论文以发展高效、稳定的半导体光催化材料为目的,紧密围绕提高光能利用率、增强光生载流子的分离效率和揭示光催化反应过程等三个方面,结合铋系半导体材料具有较好的光吸收性能、合适的能带结构以及环境友好的特点,开展铋系半导体材料的设计合成及其光催化NO氧化脱除的研究。以钨酸铋、钼酸铋和卤氧铋光催化剂为研究主体,采用乙二醇辅助溶剂热法和煅烧处理过程成功构筑了具有梯度浓度的Bi2WO6（BWO）、碳酸根掺杂缺陷态的Bi2WO6（CO3-BWO-VO）、碳酸根掺杂的Bi2MoO6（CO3-BMO）、Bi2Mo3O12@Bi2O2CO3异质结（BMO@BOC）以及一系列的Bi OClxBr1-x（0≤x≤1）光催化材料。通过多种表征技术确定了样品光催化剂的晶体结构、形貌、化学成分以及光化学性质等,研究样品材料的光催化NO氧化脱除的效率及其稳定性,探究不同铋系光催化剂的结构与光吸收、载流子的分离与迁移和光催化性能增强之间的关系,结合原位表征手段和密度泛函理论（DFT）计算,揭示光催化NO氧化的反应机理。本论文的主要研究内容如下:（1）Bi2WO6缺陷结构调控及光催化性能增强。采用乙二醇辅助溶剂热法结合煅烧处理工艺成功地制备了具有梯度氧空位缺陷的Bi2WO6光催化剂,并显示了良好的光催化NO氧化脱除活性和稳定性。通过EPR光谱、XPS光谱和程序升温氧化过程分析证实了梯度氧空位缺陷的存在。BWO结构中氧空位缺陷的存在不仅减小了BWO的带隙,增强了可见光的吸收能力,并作为电子捕获陷阱来抑制载流子的复合,从而显著提高了载流子的分离和迁移效率。同时,氧空位缺陷可以促进反应物的活化,从而提高光催化NO氧化脱除的效率。另外,结合DFT计算和原位红外光谱分析,说明了光催化NO氧化的反应路径和光催化性能增强的原因。在此的工作基础上,采用简易的溶剂热法顺利制备了含氧空位缺陷的碳酸根掺杂的Bi2WO6光催化剂,由于碳酸根掺杂剂与氧空位缺陷的耦合作用,该材料表现出优异的可见光光催化NO氧化脱除的性能。通过EPR测量确定了氧空位缺陷的存在,同时通过元素分析仪验证了碳酸根掺杂剂的存在。另外,通过原位表征检测分析,结合DFT计算,详细讨论了光催化NO氧化脱除的性能提升机制和基元反应步骤。有趣的是,在Bi2WO6催化剂中,碳酸根与氧空位缺陷的共同作用可以显著降低电子空穴复合,而强化的光响应能力主要是由氧空位缺陷引起的。同时,碳酸根与氧空位缺陷的耦合作用可以促进电子空穴对转化为反应物自由基并促进反应物的活化,包括将H2O分子氧化为·OH以及将O2分子还原为·O2-。最后,将原位红外光谱应用于光催化NO氧化过程的中间产物和最终产物的动态监测,并在此基础上,提出了光催化反应的途径。（2）钼酸铋基催化剂结构调控及光催化性能增强。首先,通过简便的溶剂热法成功合成了碳酸根掺杂的Bi2MoO6光催化剂,其中碳酸根是取代了Bi2MoO6层状结构中的钼酸根,实现了高效的光催化NO氧化脱除,同时该光催化剂具有更好的NO去除效率和耐久性,去除效率达～34%。为了揭示碳酸根掺杂剂在调控Bi2MoO6结构和光催化NO氧化过程中的作用,主要研究了光催化剂的光吸收性能、光生电子空穴对的分离与迁移、反应自由基的形成以及反应物的活化等方面的性质。通过光学性质表征分析和DFT模拟计算,结果表明,碳酸根掺杂Bi2MoO6结构可以促进电荷分离和转化,促进反应物分子的活化,并产生反应自由基。另外,通过原位红外检测技术对光催化NO氧化过程的动态分析,表明碳酸根掺杂对NO氧化过程中的基元反应有着积极的促进作用。另外,采用简单的溶剂热法结合煅烧工艺顺利的制备了BMO@BOC异质结,展示了较好的光催化NO氧化脱除性能。BMO@BOC异质结对光催化性能的提升主要是因为,异质结可以有效增强光催化剂的光响应能力和促进载流子分离。更重要的是,在原位红外光谱测试分析中,我们采用了连续流和间歇流两种不同的测试方法,结合两种测试方法的特点对在BMO@BOC异质结表面发生的光催化NO氧化过程进行了实时监测分析,从而更加全面的探讨了光催化反应的过程,结果表明,在异质结表面发生的光催化NO氧化反应的终产物是硝酸盐,而最终生成的NO2为副产物。（3）卤氧铋层间卤素成分调控及光催化性能增强。利用乙二醇辅助溶剂热法和焙烧工艺合成了卤氧铋(Bi OClxBr1-x,0≤x≤1)光催化剂,其中混合阴离子的样品具有很好的可见光光催化活性,NO的去除率达60%。通过调节卤氧铋层间阴离子的卤素比例,在层状晶体结构中形成晶格应变,特别是c轴方向上的拉伸应变。通过表征分析（如XRD、拉曼光谱、EDS、XPS）获得晶体结构和化学成分的信息,如晶格常数、元素比例、结构式等。同时,通过原为红外光谱技术和DFT计算,我们发现改善的表面反应热力学过程才是光催化活性显著增强的主要因素,而不是光吸收能力和电荷转换效率。Bi OClxBr1-x-3:1催化剂在光催化NO氧化的反应中具有最低的热力学能垒,此外,在氧还原的初始反应中同时存在联合和解离两种不同反应过程。最后,通过调整阴离子层中卤素的比例,可以有效引入晶格应变,优化光催化剂的表面物化性质;同时,建立了优化后的结构与表面反应过程之间的关系,提出了降低表面催化反应热力学能垒的可行策略。