面对能源短缺和环境污染的问题,开发无污染的环境修复技术和新的可替代清洁能源已经成为全球紧迫的科研任务。光催化因其利用自然太阳能无额外能源消耗,光生载流子能量有利于克服一般反应难以跨越的能垒,已经成为最有开发潜力的技术之一。光催化材料包含:氧化物、含碳化合物等。其中过渡族金属氧化物,由于其低成本、安全无毒、可调控的能带结构等特点,受到广泛的关注和讨论,并已有材料被应用在环境净化等领域。然而,其尚未得到广泛使用的原因是金属氧化物的性能还不够优越,包括效率、选择性、寿命等。近些年,随着单原子催化剂（SAC）的蓬勃开展和研究,从单位点角度,设计催化剂以及研究其性能是一种全新的方式。与传统催化位点相比,单位点更有利于从原子尺度设计、调控催化位点,从而提升反应活性（效率）和选择性。其另一优势是同时兼具了均相催化剂和异相催化剂的优点,即高效率、高选择性、低成本。本课题组近些年提出单原子金属的氧化物（SMAO）,即单一金属的氧配位形式,作为单位点研究的催化活性中心。本论文基于单原子钨的氧化物开展了研究,主要研究工作包括以下三个方面:（1）制备单原子钨的氧化物（STAO）,对结构以及光催化降解甲基橙的性能进行了探索与表征。STAO的光催化降解率达到0.24 s^-1。（2）基于STAO,设计合成了以Bi₂WO₆/Bi OCl异质结为基底,表面负载STAO的异相催化剂。该催化剂对于光催化CO₂还原成CO具有高活性和高选择性,光还原活性约为Bi₂WO₆的5倍以及Bi OCl的4.2倍。（3）基于STAO的设计与合成思路,拓展到其他金属氧化物,设计在等离子体Ag/Ag Cl表面加入超小型亚纳米TiO_x簇（单原子和小纳米团簇）作为出色的辅助催化剂。在模拟日光照射下,TiO_x@Ag/Ag Cl对四环素（TC）的光降解活性异常高,约为Ag/Ag Cl的21.7倍。