半导体光催化技术在去除环境中污染物和能源转换方面有很大应用潜力,是当今环境、能源和材料等领域的研究热点。在寻觅成本低廉、高效的可见光催化材料的道路上,三元化合物BiOX(X=Cl,Br,I)半导体光催化剂以其独特的层状结构和优良的光催化性能引起了科研工作者的兴趣,进行了大量研究并取得了一定程度的进展。然而,实际大规模生产应用于处理水中有机污染物时,催化剂在水相中的稳定性是在经济与技术性上决定其能否实现的关键因素。总结过去的研究可以看出,BiOCl和Bi OBr在降解水中有机物时均保持较高的光催化能力和重复性,但是BiOI在可见光下虽然表现出良好的光催化性能,其在水相中的稳定性却不尽如人意。本论文首先围绕BiOI重复利用差这一现象展开了系统研究,以便对BiOI更好的发展提供指导意义。另外,针对Bi OBr对太阳光利用率不高,只能吸收部分可见光,且光生电子-空穴对复合率高等问题,我们构筑了带隙适配太阳光谱并可同时利用紫外、可见光的复合光催化剂体系。最后,虽然BiOCl价带和导带具有较高的氧化和还原能力,但其带隙值相对较宽,光谱响应范围窄以及光生电子和空穴易复合,导致有效光生载流子数量较少,最终影响其光催化活性。通过使其与带隙相匹配的半导体复合来提高光生电子和空穴的分离效率,从而提高biocl的光催化性能。全文主要研究结果如下:1、bioi光催化剂在水相中的稳定性研究。采用水解法制备出带隙能为1.82ev的窄带隙四方晶型、片状结构bioi光催化剂,但循环使用三次后其对甲基橙(mo)的降解率下降了33%。通过考察催化剂使用前后组成的变化、反应过程液、固相组成的变化、光照对粉体催化剂元素组成的影响等。结果发现,在光催化降解过程中bioi表面和晶格中的i?会游离到水相中,导致bioi晶体结构发生改变。当向含有bioi的水中加入cl?、br?或co32?时,相应的就会有纯biocl、biobr或bi2o2co3生成,这说明bioi中的i已完全被取代,进一步证明了bioi在水相体系中不稳定。2、biobr光催化剂的改性研究。(1)cqds的上转换荧光作用对biobr可见光催化性能及稳定性影响。采用一种尺寸小于10nm的非金属碳材料-碳量子点(cqds)与biobr耦合形成cqds/biobr复合光催化剂,拓宽了biobr对可见光的响应范围,另外,cqds的上转换荧光功能,通过把长波长(500-1100nm)低能量的光转换成短波长(350-600nm)高能量的光,进而这些高能量的光(波长小于430nm)可以激发biobr,从而促使biobr产生更多光生电子,这将有利于表面氧空位活化更多的o2进而生成更多超氧负离子(·o2上转换荧光的紫外光部分则可以补充biobr表面氧空位的数量,保持了biobr可见光催化活性的持续稳定性。(2)biobr/zno复合光催化剂的制备及催化性能研究。采用溶剂热法一步合成出具有p-n结的biobr/zno复合光催化剂。通过在模拟太阳光下对苯酚的降解测试,结果表明biobr/zno复合光催化剂比biobr和zno单体均表现出较高光催化活性,考察br源对biobr/zno光催化性能的影响时发现当ctab与kbr摩尔比为1:1,即15%bz样品具有最高的光催化效率,这可能是由于其拥有较大的比表面积,提供了更多活性位。另一方面源于biobr和zno之间形成的p-n型异质结,biobr/zno复合光催化剂中光生载流子在异质结形成的内建电场中产生定向移动,从而达到电子和空穴有效分离的目的。(3)bipo4/biobr复合光催化剂的制备及催化性能研究。采用一种温和的溶剂热法一步合成bipo4/biobr复合光催化剂,从固体荧光光谱和瞬态光电流数据分析结果可以得到,40%bipo4/biobr复合光催化剂比bipo4和biobr单体有明显增强的光电流响应,这主要归因于bipo4/biobr复合光催化剂中异质结的形成提高了光生电子-空穴对的分离效率,增加了载流子寿命,进而增强了催化剂的光催化性能。3、biocl光催化剂的改性研究。(1)r-tio2/biocl复合光催化剂的制备及催化性能研究。在低温(50℃)下采用一步水解法合成r-tio2/biocl光催化剂。通过xrd、xps、sem、tem、drs、ft-ir和bet等分析了样品的晶体结构、表面形态、光学性质、比表面积以及电子形态。光催化机理实验揭示了在光催化过程中,空穴和羟基自由基起着极其重要的作用,电子也发挥重要作用。荧光发射光谱结果显示合适比例的R-TiO2/BiOCl具有最佳的电子-空穴对分离效率。另外,R-TiO2比BiOCl具有相对较窄带隙能(2.9 eV),可吸收部分可见光,从而R-TiO2/BiOCl表现出最高的光催化性能。(2)BiPO4/BiOCl复合光催化剂的制备及催化性能研究。我们使n型半导体BiPO4与p型半导体BiOCl耦合,当两种半导体紧密接触后会形成一种内建电场,这种电场有利于光生电子和空穴的定向移动,促进光生电子-空穴对的分离,从而改善催化剂的光催化性能。实验结果表明,这种具有p-n异质结的BiPO4/BiOCl复合光催化剂比Bi PO4和BiOCl单体表现出更优越的光催化能力。另外,催化剂稳定性测试表明BiPO4/Bi OCl复合光催化剂在循环利用了五次后仍然具有很高的光催化活性。