1、隨著煤炭、石油等化石燃料的日益枯竭，人類(lèi)正面臨著巨大的能源危機(jī)，而消耗這些化石燃料的同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。半導(dǎo)體光催化能夠利用豐富的太陽(yáng)能來(lái)分解水產(chǎn)氫、降解有機(jī)污染物和還原二氧化碳，這對(duì)全球新能源開(kāi)發(fā)和環(huán)境治理有重要的意義。不過(guò)，以二氧化鈦為代表的傳統(tǒng)異相光催化材料帶隙很寬，只能吸收太陽(yáng)光中少量的紫外光部分;同時(shí)，其光生載流子容易復(fù)合，量子產(chǎn)率較低。為了使光催化技術(shù)進(jìn)一步走向?qū)嵱没?，充分發(fā)揮其在氫能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境凈化以及二氧化碳

2、處理等方面的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展新型高效的可見(jiàn)光光催化材料體系是必然趨勢(shì)。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，鉍系化合物具有優(yōu)異的可見(jiàn)光光催化活性，這就為發(fā)展實(shí)用高效的半導(dǎo)體光催化提供了重要的基礎(chǔ)。
　　 任何材料的性能都是由其結(jié)構(gòu)決定的，這些結(jié)構(gòu)涉及晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、表面和界面結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，這也給人們提供了通過(guò)改變材料結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化提高其性能的途徑。對(duì)半導(dǎo)體光催化材料而言，其光催化性能受光譜響應(yīng)范圍和載流子分離效率的影響，因此，可以通過(guò)改變半導(dǎo)體光催化材料

3、的結(jié)構(gòu)來(lái)促進(jìn)其光譜吸收和載流子傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的可見(jiàn)光光催化性能。
　　 在本論文中，我們重點(diǎn)研究了鉍系層狀化合物材料，其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)使得光生載流子在層間能夠有效的分離和傳輸;另外，鉍系層狀化合物的層間離子具有很高的活性，可以發(fā)生嵌入、剝離、柱撐和離子交換等反應(yīng)來(lái)改變結(jié)構(gòu)，優(yōu)化其光催化性能。根據(jù)結(jié)構(gòu)和性能的相互關(guān)系，通過(guò)對(duì)鉍系層狀化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可控合成以及功能化組裝，來(lái)獲得高效的可見(jiàn)光光催化材料。
　　 在第一

4、章中，我們首先介紹了半導(dǎo)體光催化的基本原理，主要應(yīng)用以及可見(jiàn)光光催化材料的研究進(jìn)展。其次說(shuō)明了半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)和光催化性能的關(guān)系。接著介紹了層狀化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和插層化學(xué)，并對(duì)鉍系層狀化合物進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述。最后闡述了該論文工作的選題意義、研究思路和主要研究?jī)?nèi)容。
　　 在第二章中，我們研究了微結(jié)構(gòu)調(diào)控，尤其是三維的分等級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)鉍系層狀化合物光催化性能的影響。
　　 (1)利用微型乳液輔助溶劑熱法合成出了三維分等級(jí)結(jié)構(gòu)的B

5、iOBr空心微球。通過(guò)選擇不同的溶劑，制備出了不同形貌的BiOBr材料。系統(tǒng)研究了BiOBr樣品的形貌、結(jié)構(gòu)及光吸收性質(zhì)，初步探討了BiOBr空心微球的生長(zhǎng)機(jī)理。利用可見(jiàn)光下若丹明B染料的降解和六價(jià)鉻離子的還原來(lái)評(píng)價(jià)了BiOBr空心微球的光催化活性，并研究了BiOBr的不同形貌對(duì)其光催化性能的影響。
　　 (2)利用陰離子交換反應(yīng)制備出了分等級(jí)結(jié)構(gòu)的Bi2WO6空心微球。結(jié)合Kirkendall效應(yīng)，探討了Bi2WO6空心微球的

6、形成機(jī)理。研究了反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物物相的影響。系統(tǒng)研究了Bi2WO6空心微球的光吸收和氮?dú)馕降刃再|(zhì)。通過(guò)可見(jiàn)光下還原CO2來(lái)評(píng)價(jià)了其光催化活性，發(fā)現(xiàn)Bi2WO6空心微球能夠有效的還原CO2為甲醇，結(jié)合CO2吸附和紅外光譜對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　 (3)通過(guò)低溫濕化學(xué)方法合成了分等級(jí)結(jié)構(gòu)的Bi2O2CO3微米花。通過(guò)改變前驅(qū)體溶液中的Bi3+/CO32-摩爾比，得到不同形貌的Bi2O2CO3微結(jié)構(gòu)。研究了Bi2O2CO3樣品的結(jié)構(gòu)

7、和形貌特征，通過(guò)觀(guān)察反應(yīng)過(guò)程中間的產(chǎn)物，并結(jié)合材料的晶體結(jié)構(gòu)，提出了Bi2O2CO3微米花可能的生長(zhǎng)過(guò)程。利用甲基橙染料的降解評(píng)價(jià)了Bi2O2CO3樣品的光催化性能，并研究了不同形貌對(duì)其光催化活性的影響。
　　 在第三章中，我們研究了鉍系層狀化合物復(fù)合材料的光催化性能。
　　 (1)利用水浴法合成出了不同組分的AgI/BiOI納米復(fù)合材料。表征了AgI/BiOI納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性質(zhì)。利用甲基橙和苯酚溶液的降

8、解來(lái)表征復(fù)合材料的光催化性質(zhì)，并研究了AgI含量對(duì)復(fù)合材料光催化性能的影響。探討了AgI/BiOI納米復(fù)合光催化材料的高活性和穩(wěn)定性的原因。
　　 (2)結(jié)合貴金屬納米粒子的表面等離子體效應(yīng)，設(shè)計(jì)和制備了高效的Ag/AgBr/BiOBr納米復(fù)合光催化材料。探討了BiOBr的分等級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)離子交換反應(yīng)制備AgBr納米粒子尺寸和分散性的影響。系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和光吸收等性質(zhì)。通過(guò)降解有機(jī)污染物和殺菌來(lái)表征復(fù)合材料的可見(jiàn)光光

9、催化活性。結(jié)合貴金屬Ag納米粒子的表面等離子體效應(yīng)和復(fù)合半導(dǎo)體的性質(zhì)，對(duì)Ag/AgBr/BiOBr納米復(fù)合材料的高效光催化性能進(jìn)行了合理解釋。
　　 (3)根據(jù)窄帶隙半導(dǎo)體納米粒子的量子尺寸效應(yīng)，設(shè)計(jì)出和合成了新型高效的Bi2S3納米粒子/BiOCl復(fù)合光催化材料。研究了不同硫源對(duì)制備的Bi2S3納米顆粒尺寸的影響，進(jìn)而調(diào)節(jié)Bi2S3納米粒子/BiOCl復(fù)合材料的光吸收。研究了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和形貌等特征。利用2，4-二氯苯酚的分

10、解來(lái)評(píng)價(jià)了Bi2S3納米粒子/BiOCl復(fù)合材料光催化活性，并研究了Bi2S3納米粒子的尺寸對(duì)該復(fù)合材料的光吸收和光催化性能的影響。結(jié)合Bi2S3納米粒子的量子尺寸效應(yīng)和復(fù)合半導(dǎo)體材料的性質(zhì)，探討了Bi2S3納米粒子/BiOCl復(fù)合材料的光催化反應(yīng)過(guò)程機(jī)理。
　　 在第四章中，我們研究了晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)鉍系化合物光催化性能的影響。
　　 (1)采用濕化學(xué)法，通過(guò)控制反應(yīng)條件制備出了三種晶型的Bi2O3材料，分別為

11、單斜相α-Bi2O3、四方相的β-Bi2O3和立方相的δ-Bi2O3。表征了不同晶型的Bi2O3材料的結(jié)構(gòu)、形貌和光吸收等性質(zhì)。利用甲基橙染料和對(duì)氯苯酚溶液的降解來(lái)評(píng)價(jià)了Bi2O3的光催化性能，發(fā)現(xiàn)其催化活性遵循β-Bi2O3＞α-Bi2O3＞δ-Bi2O3。探討了晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)對(duì)不同晶型的Bi2O3光催化材料的載流子傳輸和光譜吸收的影響，揭示了β-Bi2O3作為一種高效的可見(jiàn)光光催化材料。
　　 (2)利用高溫淬

12、火法合成出了Bi20TiO32亞穩(wěn)相材料。研究了制備過(guò)程對(duì)Bi20TiO32物相結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、形貌和光吸收等性質(zhì)進(jìn)行了表征。利用可見(jiàn)光下甲基橙染料的降解來(lái)評(píng)價(jià)Bi20TiO32材料的光催化性能。通過(guò)對(duì)Bi20TiO32材料的能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算，初步探討了其光催化過(guò)程的機(jī)理。
　　 在第五章，對(duì)本論文的工作進(jìn)行了總結(jié)，分析和討論了現(xiàn)有研究工作存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)的工作進(jìn)行了展望。
　　 總之，鉍系層狀化合物材料具有良