光催化技术在太阳能资源利用方面呈现出良好的应用前景,已受到世界各国的广泛关注。g-C3N4是一种二维结构的非金属聚合物型半导体材料,具有合成简单、成本低、化学性质稳定、无毒等特点,在环境修复和能量转化方面应用潜力较大。但g-C3N4存在对可见光吸收能力差、比表面积小和光生载流子复合速率高等缺点,限制了其实际应用。构筑异质结光催化剂是提高光催化效率的有效途径之一。基于Ag基材料的特点,前人对g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂进行了大量研究, 并取得显著成果。本文总结了近年来AgX(X=Cl,Br,I)/g-C3N4、Ag3PO4/g-C3N4、Ag2CO3/g-C3N4、Ag3VO4/g-C3N4、Ag2CrO4/g-C3N4、Ag2O/g-C3N4和Ag2MoO4/g-C3N4复合光催化剂降解环境污染物的研究进展,并评述了g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂目前面临的主要挑战,展望了其未来发展趋势。

本文用水热法制备了正交晶系的纳米球状结构的二氧化锡和正交晶系的由片状聚集成球状结构的钨酸铋，并且对二者进行了复合，制备出了二氧化锡/钨酸铋复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试仪(BET)、紫外可见分光光度计等技术对复合样品的结构、形貌、比表面积、孔容孔径和光学性质进行了表征。用碘钨灯模拟太阳光，分别以二氧化锡、钨酸铋和二氧化锡/钨酸铋复合材料为催化剂降解罗丹明B(RhB)，研究所制备的二氧化锡/钨酸铋复合材料的光催化活性。光催化90 min时二氧化锡、钨酸铋和二氧化锡/钨酸铋对罗丹明B的降解率分别是9%、22%和30%。实验结果表明，在可见光下，二氧化锡/钨酸铋复合材料的光催化活性要高于单一的二氧化锡和钨酸铋。

BixOyBrz光催化剂在有机药物废水处理领域有着非常广阔的潜在应用价值，但因光生电子和空穴的快速复合而表现出较低的光催化效率，进而限制了其应用范围。通过简易的水解-焙烧法原位制得一种新型的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂，并以磺胺甲噁唑(SMX)为模拟药物污染物进行了光催化性能测试，对所制催化剂进行了X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电化学阻抗(EIS)、光致发光光谱(PL)等表征。结果表明所制备的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂具有较强的光生载流子分离率、较低的界面电荷转移电阻，进而展示出优异的光催化降解SMX性能，在模拟太阳光下照射30 min，SMX降解率达到87%，相较于纯的Bi3O4Br和Bi12O17Br2催化剂，降解率分别提升了30%和24%。最后基于自由基捕获实验和催化剂能带结构分析了所制催化剂的降解机理。

采用第一性原理计算方法, 系统研究了新型二维Zr₂CO₂/InS异质结的电子结构和光催化性能。计算结果显示, 二维Zr₂CO₂/InS异质结是一种直接带隙半导体材料, 晶格失配率低于3%, 形成能为-0.49 eV, 说明其具有稳定的结构; Zr₂CO₂/InS异质结的带隙值为1.96 eV, 对应较宽的可见光吸收范围, 且吸收系数高达10⁵ cm^-1; 异质结表现出Ⅱ型能带对齐, 价带和导带的带偏置分别为1.24和0.17 eV, 表明光生电子从Zr₂CO₂层转移到InS层, 而光生空穴则与之相反, 从而实现了电子和空穴在空间上的有效分离。另外, InS是间接带隙半导体材料, 能够进一步降低电子和空穴的复合率。综上所述, 新型二维Zr₂CO₂/InS异质结是一种潜在的可见光光催化剂。

采用两步水热法制备了WS2/MgAl-LDH（水滑石）复合材料，通过X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱仪等测试分析，表明在MgAl-LDH层间原位合成了WS2纳米粒子。将该复合材料作为催化剂来降解150 mg/L，pH值为3的甲基橙溶液，其结果是：在模拟可见光条件下辐照75 min，该甲基橙溶液的降解率超过80%，且循环性能优异。由此表明，WS2/MgAl-LDH复合材料是一种极具应用潜力的光催化剂。

通过电化学-光还原法基于Bi板合成了Pd/BiF3薄膜,探究了不同质量分数的Pd 对BiF3薄膜光催化性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱对Pd/BiF3薄膜进行了表征分析。以模型污染物即罗丹明B(RhB)为光催化降解对象,考察了Pd/BiF3薄膜的光催化性能。表征结果显示,贵金属Pd均匀分布于BiF3薄膜表面上,当Pd的质量分数为2.0%时,Pd/BiF3薄膜表现出最佳的光催化降解RhB的性能,且光吸收带边发生明显的红移,带隙值由3.70 eV减小为3.03 eV。活性物种捕获实验表明,当Pd的质量分数为2.0%时,在Pd/BiF3薄膜光催化降解RhB的过程中,活性物种发挥的作用由大到小的顺序为羟基自由基(·OH)、超氧自由基(· O2-)、空穴(h +),并提出了Pd/BiF3薄膜光催化性能的增强机制。

采用溶胶-凝胶法制备了金红石型TiO2/ZnTiO3复合光催化剂, 对其进行650 ℃保温1 h的热处理; 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)对样品进行表征, 并以亚甲基蓝(MB)溶液为目标污染物, 研究了样品的光催化性能。结果表明, TiO2为金红石结构, 随着Zn/Ti量比增加, TiO2晶粒尺寸减小; 当Zn/Ti的量比达到2%时, 有新相ZnTiO3生成。TiO2/ZnTiO3(Zn/Ti=8%)展现出最高的光催化活性, 这归因于表面羟基含量增加以及形成的TiO2/ZnTiO3半导体复合结构加快了光生电子与空穴的转移。反应进行90 min后, 对MB的降解率达到68.3%, 反应速率常数k为0.012 min-1, 分别为纯TiO2的1.85倍和3倍。

WO3/TiO2复合薄膜具有许多特性, 是一种优良的光电功能薄膜材料。利用先进的制膜技术获得性能优异的纳米结构WO3/TiO2复合薄膜, 对提高光电器件 的性能及应用具有重要意义。本文着重介绍了溶胶-凝胶法、水热法、电沉积法和磁控溅射法制备纳米结构WO3/TiO2复合薄膜。总结了纳米结构WO3/TiO2复合 薄膜在电致变色智能窗、光催化技术、湿度传感器上的应用。最后, 针对纳米结构WO3/TiO2复合薄膜现状提出了未来发展趋势。