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。

溶剂热条件下,通过无机阶梯状链［Cu(SCN)］n与柔性有机配体1,3-二(4-吡啶基)丙烷(bpp)自组装,得到了一例新型的3D有机-无机杂化配合物［Cu4(SCN)4(bpp)2］n (1)。值得关注的是,不对称单元中的bpp配体显示两种不同的构象(trans-gauche或trans-trans),并连接梯形的［Cu(SCN)］n链形成结晶学独立的［Cu2(SCN)2(bpp)］n (A和B)层。紧接着, 两个不同的层通过ABB′A′的顺序排列形成独特的三维褶皱结构。进一步对配合物1进行了红外光谱(FT-IR)、粉末衍射(PXRD)、热分析、固体紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)和光致发光性质研究。固体紫外-可见光谱表明配合物在紫外区有强的吸收并且具有半导体性质,带隙能Eg为3.20 eV。光催化性能测试结果表明,配合物1在紫外光照射下对中性红(NR)、甲基橙(MO)、天青I(AI)、亚甲基蓝(MB)和亮蓝(ED)这五种染料表现出不同的光催化活性,这可能与有机染料的尺寸和电荷差异有关。此外,荧光测试表明配合物在室温下表现出较强的绿色发光性质,在525 nm附近有强的荧光发射峰。这种发射可能与配体中心激发态有关,可能涉及金属到配体或配体到配体的电荷转移。

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。

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法，研究了单层g-C3N4以及X/g-C3N4(X=g-C3N4、AlN及GaN)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性质。结果表明，X/g-C3N4异质结的晶格失配率和晶格失配能极低，说明X/g-C3N4具有优异的稳定性。与单层g-C3N4相比，X/g-C3N4的带隙均减小，态密度的波峰和波谷均大幅提高且出现了红移现象，处于激发态的电子数量增加，使得电子跃迁变得更为容易，表明构建异质结有利于提高体系对可见光的响应能力。此外，X/g-C3N4的功函数均减小且在界面处形成了内建电场，有效抑制了光生电子-空穴对的复合，这对载流子的迁移以及光催化能力的提高大有裨益。其中，GaN/g-C3N4的功函数最小，在界面处存在电势差形成了内建电场且红移现象最明显，可推测GaN/g-C3N4的光催化性能最好。因此，本文提出的构建异质结是提高体系光催化活性的有效手段。

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。

以钛酸丁酯、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、无水乙醇为原料，利用静电纺丝技术制备出Ti(OC4H9)4/PVP纳米纤维，经500~1 000 ℃高温煅烧制得TiO2纳米纤维，再通过水热法将AgBr纳米颗粒负载到TiO2纳米纤维表面。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、差热-热重分析对AgBr/TiO2纳米纤维进行表征分析。利用甲基橙(MO)为降解底物模拟染料废水，研究TiO2、AgBr/TiO2纳米纤维的光催化性能。分析结果表明，经800 ℃煅烧后的TiO2纳米纤维，在添加量为100 mg时光催化效果较好; 相同条件下，AgBr/TiO2纳米纤维的光催化降解率高于TiO2纳米纤维，AgBr/TiO2纳米纤维对甲基橙的降解率为95.97%。

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。

利用炭吸附水热法制备钙钛矿型TmFeO3纳米粉体，通过X射线衍射仪(XRD)，热重-差热分析仪(TG-DTA)，紫外可见分光光度计(UV-Vis)和气相色谱仪等设备分析晶体比表面积、热稳定性、吸光性能及物相结构。以全谱镝灯为可见光光源，通过催化甲基橙降解，评价TmFeO3粉体的光催化性能。实验结果表明，炭吸附水热法制得的TmFeO3粉体有更高的结晶度和热稳定性，且比表面积大，吸收可见光范围增大，吸光性能更好。光催化降解甲基橙实验结果表明，光照140 min时对甲基橙的降解率达88％，是普通水热合成法制得的TmFeO3催化性能的1.5倍。

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。