近年来,工业化进程的加快和人口的迅速增长造成了全球性的环境污染问题。光催化技术操作简单、绿色节能,可直接利用太阳光能量彻底矿化有机污染物,无二次污染,是解决环境问题的理想选择。结合铋系化合物独特的电子结构和优良的光吸收性能,充分利用我国丰富的铋矿资源研究和开发具有高活性的可见光铋系催化剂成为近年来光催化领域的重要方向。然而,铋系光催化剂在实际应用中仍存在如下问题:(1)可见光利用率有待提高;(2)光生电子和空穴的迁移与分离效率低。本文根据铋系光催化剂的特点,采取构建p-n、n-n异质结、引入表面氧空位以及染料敏化等手段分别构建了四种铋系复合可见光催化剂来解决上述问题。本文详细研究了光催化剂的可控制备与表征、以偶氮染料和酚类为靶标污染物评价了四种铋系复合光催化剂的催化性能、探讨了微观结构与光催化活性的关系、深入分析了异质结结构、表面氧空位以及染料敏化等对光催化反应过程中光生载流子在界面处的迁移与分离效率的影响机理。具体研究内容和取得成果如下:(1)p-n型异质结Co3O4/Bi2O2CO3光催化剂的构建及性能研究。以柠檬酸为碳源和导向剂,采用水热方法制备了多层级花型结构的Bi2O2CO3;然后以Bi2O2CO3为前驱体,首次利用水热的方法将Co3O4纳米颗粒均匀的附着在Bi2O2CO3上,制备了Co3O4/Bi2O2CO3复合光催化剂。光催化测试结果表明,当Co3O4的质量分数为0.6%时,得到的复合光催化剂0.6 wt%Co3O4/Bi2O2CO3具有良好的微观结构及光催化活性。在模拟可见光照射下,0.6 wt%Co3O4/Bi2O2CO3能有效地去除水体中的甲基橙(MO),其降解效率在150 min内达到了90%。光电以及ESR测试表明,复合光催化剂的多层级结构促进了催化剂对可见光的吸收,有利于光生电子和空穴的产生;同时,根据Co3O4和Bi2O2CO3两种半导体的特点,推测其光催化机理可能是两者间形成了p-n异质结,有效地促进了光生电子和空穴的迁移和分离;(2)太阳光响应的Ce O2/Bi2O2CO3 type II n-n异质结光催化剂的构建和性能研究。采用水热法制备了具有多层级花型结构的Ce O2/Bi2O2CO3异质结光催化剂。光催化测试结果表明,当Ce/Bi摩尔比为15%时,复合材料具有良好的微观结构及光催化活性。在模拟太阳光照下,CB-15在120 min内对亚甲基蓝(MB)光催化降解效率达到98%;结合光电化学分析测试结果,探讨和分析了CB-15复合光催化剂的催化机理,Ce O2和Bi2O2CO3之间良好的带隙匹配,推测两者间形成的type II n-n异质结以及它们之间的协调作用,促进了光生电子和空穴的有效分离;(3)具有表面氧空位的Cd WO4/Bi2O2CO3核壳光催化剂的构建和性能研究。为了进一步提升Bi2O2CO3光催化剂的实际应用能力,以第一部分制备的Bi2O2CO3多层级花型结构为基础,将Cd WO4纳米棒覆盖其上形成核壳结构的复合光催化剂;利用Cd WO4的特性,在Cd WO4/Bi2O2CO3复合物中引入表面氧空位。在模拟太阳光照下,具有表面氧空位的核壳结构Cd WO4/Bi2O2CO3复合光催化剂能有效地去除水体中的罗丹明B(Rh B)、MB、MO以及苯酚,其降解效率在150 min内分别达到了99%、99%、62%、63%;总有机碳去除率分别为92.3%、81.9%、81.2%和83.2%。通过光催化性能以及光电化学对比试验,具有表面氧空位的核壳结构Cd WO4/Bi2O2CO3复合光催化剂的优异性质主要归因于以下三个原因:(1)引入表面氧空位使得在Cd WO4禁带中形成缺陷能级,促进了对可见光的吸收;(2)核壳异质结构界面相互作用能够有效提高光生电子-空穴对分离效率;(3)Cd WO4/Bi2O2CO3两者间可能形成的n-n异质结进一步提高了光生电子-空穴对的有效分离;(4)Cd WO4-Bi OCl-Bi2WO6三元杂化材料的控制合成及性能研究。利用Bi OCl和Bi2WO6两种铋系层状材料之间的结构转换关系,通过控制反应物的含量一步法合成了具有多层级花型结构的Cd WO4-Bi OCl-Bi2WO6三元复合光催化剂体系。光催化测试结果表明,当Cd/Bi的摩尔比为0.05时,CBB-0.05具有良好的微观结构及光催化活性。在模拟太阳光照下,CBB-0.05三元复合光催化剂能有效地去除水体中的Rh B,其降解效率在30 min内达到了100%。结合自由基捕获实验和光电化学分析测试结果,探讨和分析了CBB-0.05三元复合光催化剂的催化机理:罗丹明B的敏化作用增加了对可见光的吸收,提供了激发电子;Cd WO4、Bi OCl、Bi2WO6三种物质的带隙匹配,形成瀑布型的电子转移结构,有效促进了光生电子的分离。