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近些年来,半导体光催化技术在解决全球性的环境污染和能源短缺问题上起到了极其重要的作用且具有良好的发展前景。传统的半导体材料如TiO2、SnO2、 Fe2O3、ZnO、WO3等,因其化学性能稳定、廉价易得等优点,而被广泛应用于光降解污染物、光解水制氢、太阳能电池、空气净化和自清洁等众多领域。但是,单一组分的半导体在光催化的实际应用中仍存在一些不足之处如太阳能利用率低、光生电子-空穴对易复合等。因此,促进光生载流子的有效分离和扩展光吸收利用范围,制备高效、稳定的光催化材料成为众多光催化应用领域的研究核心。目前,大量的研究工作主要集中在两个方向：(1)对传统半导体光催化材料的改性,主要包括结构、形貌的调控,离子掺杂,贵金属沉积,半导体复合和染料敏化等技术手段。通过对半导体材料的改性,可以扩展半导体的光吸收利用范围,抑制光生电子-空穴的复合,提高光催化材料的稳定性等。(2)开发新型半导体光催化材料,使其具备可见光响应的、催化活性较高以及性能较稳定等特点,能很好地用于光催化领域。另外,磁性半导体纳米材料如铁氧体纳米颗粒因其独特的磁学性能和其他物理化学性质,而被广泛的应用于生物医学、光催化、锂电池和气体传感等领域。特别是在光催化领域的应用研究中,铁氧体磁性纳米材料如Fe203既可以作为一种半导体光催化剂参与催化反应,又可以作为其它催化剂的载体。本文正是基于以上研究背景,立足于制备出高效、稳定、可回收和循环利用的光催化剂的主旨,以“基于纺锤状α-Fe2O3纳米颗粒的多相复合光催化材料的制备及性能研究”为研究方向,开展了以下研究工作：(1)首先利用强制水解法制备出粒径均匀、分散性良好的纺锤状α-Fe2O3纳米颗粒,之后采用离子注入技术对α-Fe2O3纳米颗粒进行改性。实验中使用四个不同注入能量(范围为20到80 keV) Ti离子注入到α-Fe2O3纳米颗粒,成功制备出纺锤状的α-Fe2O3双组分复合纳米颗粒。制得的α-Fe2O3/TiO2双组分复合纳米颗粒与单一的α-Fe2O3纳米颗粒相比,表现出极大的磁性增强效果。(2)采用贵金属沉积和半导体复合技术对纺锤状α-Fe2O3纳米颗粒进行改性。通过层-层包覆的方法成功制备出铁氧体／贵金属／半导体复合的α-Fe2O3/Ag/SnO2三元多壳层复合结构。并且通过对引入的不同厚度的Si02中间层的调控,得到三种不同形貌的α-Fe2O3/Ag/SnO2/SnO2复合结构。在此,SiO2中间层的作用是调控贵金属Ag和半导体Sn02之间的耦合作用。制得的α-Fe2O3/Ag/SnO2/SnO2复合结构与商业SnO2、单一的α-Fe2O3以及α-Fe2O3/SnO2复合纳米颗粒相比,在可见光或紫外光下均表现出增强的光催化活性。而且制得的α-Fe2O3/Ag/SnO2/SnO2 (S1)样品在混合光下具有良好的化学稳定性和可循环利用性能。该复合结构光催化活性的增强主要归因于贵金属Ag纳米颗粒与两种半导体α-Fe2O3和Sn02之间的耦合作用。(3)引入新型窄禁带半导体Bi203对α-Fe2O3进行修饰,成功制备出α-Fe2O3/Bi2O3/ p-n异质结构。由于在α-Fe2O3和Bi203界面之间形成了p-n异质结,α-Fe2O3/Bi2O3 p-n异质结构与单一α-Fe2O3、Bi2O3半导体的相比,表现出了极其优异的可见光响应下催化降解RhB的光催化活性。另外,我们还在α-Fe2O3和Bi2O3异质结构间引入不同导电性能的中间层材料(Si02和C)。制得的α-Fe2O3/C/Bi2O3异质结构光降解速率比α-Fe2O3/SiO2/Bi2O3稍高,但都远远低于α-Fe2O3/Bi2O3 p-n异质结构的光催化活性。原因是光生载流子在薄的、多孔结构的C层中的迁移速率远远小于在α-Fe2O3和Bi2O3界面之间形成的p-n异质结中的迁移速率。(4)设计并制备了α-Fe2O3/Ag/AgX异质结构的等离子体光催化材料,该结构由一个纺锤状的α-Fe2O3纳米颗粒和一个近似球形的Ag/AgX复合纳米颗粒组成。实验中首先制备出α-Fe2O3/Ag核-壳结构的复合纳米颗粒,之后通过原位氧化和自组装的过程将其转化为哑铃状的α-Fe2O3/Ag/AgX复合纳米颗粒。制备的α-Fe2O3/Ag/AgX等离子体光催化剂在混合光下降解RhB染料表现出较强的催化活性,其中α-Fe2O3/Ag/AgCl和α-Fe2O3/Ag/AgBr异质结构的光催化性能均高于单一的α-Fe2O3N、α-Fe2O3/Ag复合纳米颗粒和商业P25。尤其是α-Fe2O3/Ag/AgCl等离子体光催化剂在光照20 min左右就将RhB染料完全降解。而且在α-Fe2O3/Ag/AgX (X= Cl、Br、I)异质结构中,光催化活性依次为：α-Fe2O3/Ag/AgCl> α-Fe2O3/Ag/AgBr>α-Fe2O3/Ag/AgI,这主要是由于C10的氧化性均大于Br0和Io。