现代化生产过程中,排放的有机污染废水色度深,毒性大且不易降解,这对环境有极大的污染。利用太阳能就能将有机物矿化为无毒小分子物质的光催化技术因其绿色环保的优点成为解决环境污染和能源危机的新途径,而此技术的核心就是光催化剂。与半导体光催化剂如氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO₂)等相比,铋系光催化剂由于其独特的能带结构,适中的禁带宽度,在可见光照射下,具有良好的光催化性能,而且其价格低廉、结构稳定、绿色环保等诸多优点,受到广泛关注。基于此,本文以钼酸铋(Bi₂MoO₆)和钽酸铋(Bi₃TaO₇)两种铋系半导体光催化材料为研究对象,通过构筑超薄结构和半导体复合来促进光生载流子的转移,增强催化剂对可见光的吸收,以获得高效的光催化材料。以Xe灯模拟可见光,亚甲基蓝(MB)或其他染料溶液如甲基橙(MO)、罗丹明B(RhB)、苯酚(Phend)等,模拟染料废水来评估催化剂的光催化性能,阐明光催化有机污染物转化反应与电子结构和“活性物种”间的相互关系与作用机理,分析催化剂的微观结构与光电性能之间的关系。主要研究内容如下:(1)通过添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),水热法合成超薄Bi₂MoO₆纳米片。结果表明,随着纳米片的平均厚度降低到原子尺寸(1.6 nm),催化剂的表面会产生氧空位促进电荷转移,催化剂的超薄结构还能提高比表面积,增加反应活性位点。另外,超薄Bi₂MoO₆纳米片对可见光的吸收范围显著扩宽,有效地提高了光生电子-空穴对的分离效率,从而增强催化剂的光催化活性。(2)通过氢氟酸(HF)刻蚀钛碳化铝(Ti₃AlC₂)合成碳化钛(Ti₃C₂),进而通过水热反应在Bi₃TaO₇上负载Ti₃C₂两步合成Bi₃TaO₇/Ti₃C₂异质结光催化剂。实验结果分析表明,Bi₃TaO₇/Ti₃C₂具有较大的比表面积和合适的光吸收边缘。在可见光照射下,2小时内能完全降解其亚甲基蓝并且具有良好的稳定性(10个循环)。通过电化学阻抗谱(EIS)、光致发光光谱(PL)以及光电流等试验证明Bi₃TaO₇/Ti₃C₂异质结可以增强电子-空穴对的分离、电子传输效率和界面电荷转移能力。