自1972年半导体光催化技术问世以来,经过40多年的发展,逐渐成为一种解决当今人类社会正面临的能源危机和环境污染的潜在技术。Bi基材料,如BiOX（X=Cl,Br和I）,Bi₂O₂CO₃,Bi₂WO₆,Bi₂MoO₆等,作为一类具有二维层状结构的光催化剂,在催化、能源和电子器件等应用方面展现出巨大的应用前景。Bi基材料因其组分元素丰度高、无毒、光学和化学性质稳定,并且能带结构适中等优势而在光催化污染物降解和能源转换方面显现出优异的催化性能,另外,Bi基层状光催化剂可诱导内电场的产生,促进光生电子-空穴对的有效分离,这些诱人的特质使其成为科研人员研究的热点之一。为了认识光催化剂的本质特性和内在规律,人们在研究中多使用纳米粉体光催化剂,但其存在的致命缺陷在于易团聚、难分离、难循环利用。因此,如何采用简单绿色的方式制备光催化剂、有效使用光催化剂,并避免纳米颗粒对环境造成的二次污染成为亟待解决的难题。本论文即针对纳米粉体光催化剂使用过程中存在的问题,以Bi基薄膜光催化剂为研究对象,采用电化学方法从Bi板开始,设计原位构建Bi基薄膜光催化剂,主要通过一步电化学法完成了多孔状Bi OBr薄膜、双层结构BiOCl/Bi PO₄复合薄膜和双层结构Bi OCl_0.5Br_0.5/BiPO₄复合薄膜的制备,并对薄膜的组成、形貌、形成过程和光催化降解有机物性能、机理进行了系统研究。在制备Bi基薄膜的过程中得到的粉体Bi₂O₂CO₃纳米片和BiOCl/Bi PO₄复合物的制备过程为电化学一步法制备Bi基复合薄膜提供了实验依据,主要研究内容详细描述如下:（1）电化学一步法同时制备多孔状BiOBr薄膜和纳米Bi粉。以金属单质Bi板为阳极,金属Ti片为阴极,乙二胺四乙酸（EDTA）作为表面活性剂,配制p H=8,KBr、EDTA浓度分别为0.5 mol/L和0.06 mol/L的100 mL水溶液作为电解质溶液,通过两电极体系在4 V直流稳压电源电解反应1 h后,在阳极Bi板表面得到均匀、致密、多孔状的BiOBr薄膜,而在阴极Ti片周围聚集大量的单质纳米Bi粉光催化剂,制备得到的BiOBr薄膜和纳米Bi粉都具有优异的光催化活性。在紫外光照射180 min后,BiOBr薄膜对甲基橙（MO）的降解率达到了99.7%,对双酚A（BPA）的降解率达到了64.05%;并且,对MO溶液进行四次循环降解后,MO的降解率仍能保持在97.6%,证明Bi OBr薄膜光催化稳定性良好。此外,在模拟太阳光照射下,单质Bi粉对气相污染物NO的转化率也达到了48.5%。同时根据实验现象和反应产物我们得出了催化剂制备过程的反应原理。（2）当用上述电化学法制备得到的纳米Bi粉光催化降解MO时,我们发现黑色的Bi单质在水溶液中会反应生成白色的Bi₂O₂CO₃。基于此实验现象,我们以上述电化学法制备得到的纳米Bi粉作为Bi源,以空气中的CO₂为碳源,选择十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂,通过一步水解法在60℃水浴条件下得到了片状Bi₂O₂CO₃光催化剂。该片状Bi₂O₂CO₃具有优异的光催化活性,在模拟太阳光照射下,对NO的去除率达到了58.4%,其光催化反应速率是单质Bi粉的1.26倍。该研究也证明了单质Bi粉可直接作为光催化剂或者Bi源去制备其它Bi基光催化剂。（3）阴离子转化法在室温下制备BiOCl/Bi PO₄复合光催化剂。通过在BiOCl的悬浮液中加入KH₂PO₄,我们在室温下制备得到了具有紧密异质结连接的BiOCl/Bi PO₄复合光催化剂,得出层状结构的Bi OCl在H₂PO₄^-离子存在下会发生转化的特性,并对BiOCl对Bi PO₄的转化过程进行详细分析。并且,通过苯酚的降解实验评价了该复合光催化剂的光催化活性,结果表明,复合物对苯酚表现出更强的降解效率,其中,样品BiOCl/BiPO₄-2表现出最好的光催化活性,其对苯酚的降解率达到了纯BiOCl的1.69倍。该部分内容为电化学一步法制备Bi基复合薄膜奠定了基础。（4）为了提高单一组分光催化剂薄膜的光催化活性,我们利用Bi OCl在H₂PO₄^-存在的情况下可以转化成BiPO₄的特性,设计一步电化学方法制备BiOCl/BiPO₄复合薄膜。实验过程中还是以单质Bi板和Ti片分别作为阳极和阴极,配制KCl和KH₂PO₄浓度均为0.05mol/L的100 mL水溶液作为电解质溶液,选择5 V电压电解5 h后,构建了下层为BiPO₄纳米棒阵列,上层为BiOCl纳米片扦插的分层状的BiOCl/Bi PO₄复合薄膜。所得BiOCl/Bi PO₄复合薄膜具有优异的光催化活性和稳定性,在紫外光照射180 min后,对苯酚的降解率达到了98%,并在循环五次后对苯酚的降解率依然保持在96%以上,Bi OCl/BiPO₄复合薄膜增强的光催化活性可归功于BiOCl上被激发产生的光致载流子的有效分离。另外,捕获剂实验测试结果表明,在苯酚的降解过程中起主要作用的活性物种是·O₂^-和·OH。（5）为了进一步拓宽复合薄膜的吸光范围,我们设计在Bi OCl/BiPO₄中引入Bi OBr以构建可吸收紫外可见光的复合三组分光催化剂薄膜,并设计实验调整BiPO₄膜层分布在双层薄膜的上层,使得每个组分都能被激发参与反应。通过控制电解过程实验参数一步成功得到了三组分BiOCl_0.5Br_0.5/BiPO₄复合薄膜。制备过程中所用电解质溶液浓度为0.01 mol/L的KCl、KBr和KH₂PO₄的100 mL水溶液,电解电压为8 V,电解时间为2 h。制备得到的复合薄膜呈现出梭子状的BiPO₄颗粒层分散在下层为BiOCl_0.5Br_0.5固溶体层的双层结构。这样的双层膜排列顺序使得光生电子和空穴在不同组分之间的界面电场作用下分别向薄膜两侧流动,促进光致载流子的分离,提高了Bi OCl_0.5Br_0.5/BiPO₄复合薄膜的光催化活性。实验结果表明,在模拟太阳光照射120 min后,BiOCl_0.5Br_0.5/BiPO₄复合薄膜对苯酚的降解率达到了99.97%,是相同条件下制备的双组分Bi OCl/BiPO₄和Bi OBr/BiPO₄复合薄膜对苯酚降解率的1.69和1.20倍。在苯酚的降解过程中,主要参与的活性物种是h⁺和·OH。其光催化活性增强的原因归功于Bi OCl_0.5Br_0.5/BiPO₄三组分复合薄膜拓宽的光谱吸收范围和增强的载流子分离率。