当前限制核能发展的主要有两个问题。首先是现有技术可以获取的铀矿含量有限,只能满足全球核能70年左右的消耗。其次是核能开发利用过程中产生的核废物对环境造成的严重污染,尤其是大量放射性铀主要以易迁移的六价铀(U(VI))的形式渗透到水体中。因此,如何安全有效地回收含铀废水中游离态的U(VI)仍是一个巨大挑战。基于此,本文通过简单的元素掺杂,大幅度提高了CdS纳米带和CdSe纳米片光催化还原六价铀的能力,并通过分析材料的能带结构变化,总结出它们高效光催化还原六价铀的原因,具体结论如下:(1)针对CdS纳米带光催化剂对六价铀提取容量不高的问题,利用乙二胺作为反应溶剂,乙二胺与Cd²⁺配位会引入氨基活性位点,通过Te的掺入去改变与CdS纳米带配位的氨基数量,得到带隙结构和氨基数量可以调整的CdS_xTe_1-x-EDA纳米带。具体来讲,Te的掺入会缩小了CdS-EDA纳米带的带隙,同时降低了Cd²⁺的化合价,减少了Cd²⁺与EDA的配位络合,从而进一步调控了表面氨基基团的浓度。通过平衡带隙结构和氨基数量对CdS_xTe_1-x-EDA纳米带的影响,发现引入5%的Te进入CdS_xTe_1-x-EDA纳米带时,CdS_0.95Te_0.05纳米带具有最佳的光催化活性,表现出97.4%的U(VI)去除率,对U(VI)的提取容量可达836 mg/g。这种实现吸附光还原过程的材料可以应用于较高铀浓度的环境。(2)针对CdSe纳米片光催化剂这一类的窄带隙材料,它的光生载流子浓度低,对光生电子的利用率不高。通过Ag的掺入,CdSe纳米片的晶体结构由闪锌矿和纤锌矿两种晶体结构的组合逐渐转变为闪锌矿晶体结构为主。晶体结构的改变缩小了CdSe纳米片的带隙,同时又满足了U(VI)的光催化还原,使得3%Ag-CdSe纳米片的光吸收波长范围变大,更有利于光电子和光空穴的产生和利用。在光催化还原过程中,3%Ag-CdSe纳米片具有高效的选择性,对U(VI)表现出765.2 mg/g的提取容量。这种通过掺杂改变晶体结构进而优化带隙结构的方法也可以应用于其它具有多种晶体结构的材料。针对当前半导体材料对光生载流子利用率不高的问题,通过元素掺杂,优化了半导体能带结构,提高了CdS纳米带和CdSe纳米片光催化还原铀的效率。本课题通过总结半导体材料的能带结构与光催化还原铀反应的关系,期望开发其它半导体材料的光催化还原铀的应用。