半导体光催化剂由于在缓解能源短缺和解决环境污染等问题上具有广泛应用前景而备受关注。过去,我们用传统能带理论解释光催化机理,虽然简化了求解过程,但却忽略了半导体光激发产生的电子和空穴间的相互作用。一旦考虑到这两者间的相互作用,那么光催化反应中就出现了新的光生物种-激子。低电子屏蔽效应和高介电性能二维结构材料的激子效应尤为显著,光生电子和空穴极易在局域的二维结构中发生强相互作用,通过库伦作用力结合生成大量激子,而激子对于半导体光催化剂降解有机污染物是不利的。本课题为了加速二维结构半导体g-C3N4和BiOCl中的激子解离,通过在g-C3N4中引入氮空位,BiOCl表面沉积贵金属Ag,将Ag、AgIO3与BiOCl复合构建异质结,促进了激子解离,增强了 g-C3N4和BiOCl的光催化性能。其主要结论如下:(1)热聚合法合成了氮空位g-C3N4。氮空位造成体系能量紊乱,光照下,氮空位优先捕获g-C3N4中的激子,然后促使激子在能量紊乱区分离为自由电子和空穴。自由电子的累积抬升g-C3N4的导带位置,同时,量子限域效应导致其价带位置更正,氮空位g-C3N4具有强的氧化还原能力。(2)光照还原法制备了 Ag-OVs-(001)BiOCl光催化剂。BiOCl在持续光照下生成大量氧空位,氧空位内电子达到高能状态生成“热电子”通过静电吸引使Ag+吸附在氧空位上,并将Ag+还原为Ag,形成Ag-OVs-(001)BiOCl光催化剂。光照下,光催化剂中Ag生成的电子通过TSPR传播至BiOCl,并争夺BiOCl一次激子中的空穴生成二次激子,一次激子中电子被释放到达BiOCl导带,二次激子被氧空位捕获释放出空穴到达BiOCl价带。制备的光催化剂在模拟太阳光下照射2 h后对RhB的降解率是BiOCl的2.64倍。(3)光照还原法合成了直接Z型Ag/BiOCl/AgIO3光催化剂。BiOCl的强激子效应使Ag+与IO3-优先生成AgIO3,并进一步吸引Ag+生成AgIO3·Ag+胶粒。胶粒被BiOCl电子吸引在(001)晶面且Ag+被少量电子还原为Ag分散在BiOCl的(001)晶面,形成Ag/BiOCl/AgIO3光催化剂。Ag中电子流向BiOCl实现了从I型Ag/BiOCl/AgIO3到直接Z型Ag/BiOCl/AgIO3的转变。Ag的电子夺取BiOCl一次激子中的空穴生成二次激子,加速了 BiOCl中激子的解离,使得直接Z型Ag/BiOCl/AgIO3异质结光催化剂在模拟太阳光和近红外光下均可降解RhB。在循环降解过程中,BiOCl中一次激子释放出的电子与AgIO3反应生成AgI,形成传统Ⅱ型Ag/BiOCl/AgI光催化剂。它仍在模拟太阳光和近红外光下具有优良的降解稳定性。