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半导体材料具有光、电、磁和催化等性质而广泛地应用于能源、环境、医疗和功能材料等诸多领域。由于材料的上述宏观性质与微观结构密切相关,因此,深度理解材料微观结构与宏观性质之间的构效关系为改善半导体材料的性能提供了理论基础。另外,材料的微观结构往往取决于合成方法及工艺参数,因此,明确半导体材料微观结构的调控机制为开发制备性能优异的半导体材料的新技术提供了理论依据。钒酸铋（BiVO4）半导体材料不仅具有导电性、铁弹性、颜色和可见光催化活性等性质,而且还具有环境友好、廉价易得、稳定性高、性能优良等优点,是一种极具应用潜力的半导体材料。目前,有关其作为颜料和光催化材料的应用研究已得到人们的极大关注。如研究人员已经成功将其开发成为一种代替铅铬黄颜料的环保型黄色颜料184黄,该颜料适用于食品、玩具、油墨、塑料、橡胶、车面漆等对颜料性能要求高的领域。另外,单斜相BiVO4（mBiVO4）具有带隙窄、可见光催化活性和稳定性高等优点,已成为半导体光催化技术应用领域的热门材料之一。然而,不论作为颜料还是光催化材料,改善其自身性质势必会促进该材料进一步应用推广。本文以改善BiVO4材料的颜色性质及光催化活性为目的,采用甘油/水混合溶剂热方法来优化BiVO4材料的微观结构,通过控制溶剂组分比例、前驱体溶液的pH值、结构导向剂等工艺参数来调控晶面、形貌和纳米结构等微观结构性质。一方面考察材料微观结构对其颜色性质的影响规律,揭示结构性质与颜色性质之间的构效关系。另一方面重点考察材料对光降解典型模拟有机污染物的催化活性,筛选出性能优良的光催化材料,重点研究典型材料的形成机理,揭示材料微观结构的调控机制;重点研究材料微观结构对光催化活性的影响规律,揭示结构性质与光催化活性之间的构效关系。该研究结果为相关材料的设计和开发及其在颜料和光催化材料等领域中的应用提供科学依据。本论文具体的研究内容如下:采用甘油/水混合溶剂热方法调控了环境友好型mBiVO4材料的颜色性质与结构性质。通过数码照片、CIELab色彩空间、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）、气体吸附、X-射线粉末衍射（XRD）、透射电镜（TEM）及高分辨透射电镜（HRTEM）等技术手段系统地研究了BiVO4样品的颜色性质、光学性质及形貌、化学组成、颗粒尺寸、物相和暴露晶面等结构性质。结果表明,与传统的mBiVO4材料相比,控制本方法中前驱体溶液的pH值不仅能够调控mBiVO4材料的颜色由黄色转变为黄绿色,而且能够调控材料的暴露晶面及其比例、形貌和纳米结构等结构性质。其中,黄绿色mBiVO4颜料可以在前驱体溶液pH值为3至5的范围内制得。通过研究前驱体溶液pH值与材料颜色性质和结构性质之间的相互关系,发现材料的颜色性质主要取决于其{010}晶面的优先暴露和规整的片状形貌。采用甘油/水混合溶剂热方法合成了具有不同形貌的沿{010}晶面优先生长的层级结构BiVO4材料。重点研究甘油水溶液的体积分数对所得产物物相、{010}晶面生长程度、形貌和光催化活性的影响。结果表明,控制甘油水溶液体积分数能够影响反应物的种类及浓度,这不仅会影响BiVO4晶体沿{010}晶面优先生长的程度,而且也会影响构筑单元BiVO4纳米晶自组装的方式,进而导致材料形貌的多样化,如球形、椭球形、橄榄形、羽状复叶、叶状、片状、条状和四叶报春花形等。根据XRD和SEM分析结果,提出了产物的形成机理,即:产物的形成过程包括沉淀反应、溶解-重结晶、Ostwald熟化和自组装过程。重点考察了材料在模拟太阳光下降解亚甲基蓝溶液的光催化活性,在这一系列具有不同微观结构的BiVO4材料中,四叶报春花形mBiVO4材料具有最大的一级动力学反应速率常数,其增强的光催化活性主要归因于四叶报春花形特殊形貌和优先生长的{010}晶面的协同作用促进了光生电荷的分离。采用乙二胺四乙酸二钠（EDTA）辅助的甘油/水混合溶剂热方法可控合成了优先暴露{010}晶面的手里剑形纳米结构mBiVO4材料。XRD、SEM、TEM等表征结果表明,控制EDTA的投加量会调控{010}晶面的暴露比例、形貌和纳米结构等结构性质。在EDTA的投加量分别为0.4 mmol和0.5 mmol时,相应的产物分别为优先暴露{010}晶面的手里剑形纳米结构mBiVO4晶体和优先暴露{010}晶面的二维片状mBiVO4单晶体。通过一系列的验证性实验证实了铋源离子和钒源离子中的某些形态与甘油分子和EDTA之间的配位反应,基于上述实验结果和前期的研究结果,提出了产物的形成机理,即:mBiVO4单晶体符合传统的晶体生长机理;而纳米结构mBiVO4晶体遵循非经典的晶体形成机理,该机理主要包括以下过程:（1）、构筑单元的形成。反应离子进行沉淀反应生成的非晶态BiVO4纳米颗粒经过晶化后得到mBiVO4纳米晶,在这个过程中不仅包括相转变过程（即由动力学控制的四方硅酸锆相BiVO4纳米晶转变为mBiVO4纳米晶）,同时还包括甘油分子和EDTA与mBiVO4纳米晶某些晶面的吸附作用而导致的晶体各向异性生长过程,随后mBiVO4纳米晶生长熟化为构筑单元;（2）、构筑单元经定向搭接形成纳米结构mBiVO4晶体。作为构筑单元的mBiVO4纳米晶为了降低自身的表面能而彼此聚集,在聚集过程中,构筑单元表面吸附的甘油分子和EDTA分别通过彼此之间的相互作用力（例如氢键和库仑作用力等）主导了构筑单元的搭接方式,最终决定了产物的形貌和外露晶面及其比例。光催化活性测试结果表明,在这一系列具有不同微观结构的mBiVO4材料中,优先暴露{010}晶面的手里剑形纳米结构mBiVO4材料具有最大的一级动力学反应速率常数,并且其值是上述四叶报春花形一级动力学反应速率常数的1.13倍。分子荧光光谱结果表明,其增强的光催化活性主要归因于优先暴露的{010}晶面和手里剑形貌的协同作用促进了光生电荷的分离。