目前工业的快速发展造成了全球性的环境污染和能源短缺。光催化是一种能有效将太阳能转化为清洁能源和处理污染物的技术。然而,光催化半导体存在着光利用率和光生电荷分离效率低的缺点。同时,一些半导体材料的光化学稳定性也较差,并且容易发生光腐蚀现象。目前,对传统半导体材料的改性主要包括调控半导体形貌、掺杂金属或非金属离子、负载助催化剂、构建异质结和染料敏化等。作为光催化领域中极具潜力的半导体纳米材料,赤铁矿和氧化亚铜具有低成本、高储量和低毒性等优点。然而他们却存在光吸收系数低、电导率差、载流子寿命短和缓慢的光催化反应活性等问题。根据以上研究背景,本文的研究内容分为下面几个部分:(1)利用离子掺杂、负载助催化剂和构建异质结的方法,探究各组分对光利用率和光响应电流的影响。采用掺杂和水热结合的方法在导电玻璃(FTO)的导电面成功制备了F-FeOOH纳米棒,然后在退火的条件下合成了F-Fe₂O₃纳米阵列。接下来,分别用光还原法和电沉积法,将Au和Cu₂O沉积到Fe₂O₃的表面,得到F-Fe₂O₃/Au,F-Fe₂O₃/Cu₂O和F-Fe₂O₃/Au/Cu₂O复合材料。与Fe₂O₃相比较,F-Fe₂O₃和F-Fe₂O₃/Au二元催化剂的光电流明显增强,这是因为F离子掺杂进入Fe₂O₃的晶格中,阻碍了电子和空穴的复合。在光照下Au将产生电子注入到Fe₂O₃半导体中,提高了F-Fe₂O₃/Au光/电催化性能。然而当负载Cu₂O后,F-Fe₂O₃/Au/Cu₂O复合材料的光电流降低。通过光电化学表征,F-Fe₂O₃/Au/Cu₂O复合材料可以在光电化学过程中进行充电并且能在无偏压条件下放电。我们对放电后的F-Fe₂O₃/Au/Cu₂O样品进行XRD测试,结果显示存在Cu O的衍射峰。根据以上内容,我们提出了F-Fe₂O₃/Au/Cu₂O催化剂的光/电催化机理。(2)在第一部分的基础上,为了探究Fe₂O₃半导体作为光催化降解材料的可能性,本章选择中空Fe₂O₃/Au/Cu₂O复合材料用于降解四环素(TC)。采用简单水热方法及后续高温退火处理制备空心球状Fe₂O₃。然后,采用光还原和水热法制备了Fe₂O₃/Au、Fe₂O₃/Cu₂O两元催化剂和Fe₂O₃/Au/Cu₂O三元纳米材料。在Fe₂O₃/Au体系中,较大功函数的Au纳米颗粒能收集Fe₂O₃导带上的光生电子,可以抑制光生载流子的复合。在Fe₂O₃表面负载p型半导体Cu₂O形成的p-n结可较大程度的提高光催化剂的电荷分离效率。与Fe₂O₃/Au和Fe₂O₃/Cu₂O体系比,Fe₂O₃/Au/Cu₂O组分表现出更强的活性。活性物质捕获实验表明,在光催化降解四环素过程中发挥重要作用的活性物质是h⁺和·O₂^-。综上所述,我们提出三元催化剂的电子转移途径为新型Z型异质结,这种异质结能够提高光催化活性。(3)为了提高Cu₂O的稳定性,本文通过氧化还原刻蚀方法成功地合成了Cu₂O@FeOOH核壳纳米结构催化剂,以防止Cu₂O发生光腐蚀。首先,通过化学反应合成了尺寸均匀的单分散立方体Cu₂O,接着通过控制氧化还原刻蚀时间合成Cu₂O@FeOOH蛋黄核壳纳米结构。FeOOH作为传导空穴的通道,能够将Cu₂O的光生空穴送到FeOOH表面,从而抑制光腐蚀。此外,相比于纯Cu₂O纳米颗粒,Cu₂O@FeOOH纳米复合材料对四环素的光降解效率和稳定性均得到提高。