工业的发展带来了严重的水体污染问题。半导体材料的光催化技术具有低成本、高效率以及环境友好等特点,被视为一种非常有潜力的水体净化方法。钽酸铋(Bi₃TaO₇)具有稳定的化学性质,但是光生电子空穴的快速复合导致它对可见光的利用效率较低。另一方面,金属硫化物通常拥有较强的可见光响应,但在水溶液中易发生光腐蚀。众所周知,Z型异质结的构建可以有效抑制光生电子和空穴的再结合,是一种提高光生电荷迁移效率的有效方法。本文基于Bi₃TaO₇材料与金属硫化物成功构建了直接Z型光催化剂,用于提高Bi₃TaO₇材料在可见光下的光催化性能,主要研究内容如下:(1)成功合成三元直接Z型异质结Bi₃TaO₇/Bi₂S₃/SnS₂,该催化剂在可见光下对左氧氟沙星(LVFX)、铬Cr(Ⅵ)和盐酸四环素(TC)展现出不同的降解活性。异质结的构建使复合材料的光生电荷转移效率得到提升,和单一纯样相比,三元复合催化剂对Cr(Ⅵ)和TC降解的表观速率常数分别提高了23倍、7倍、18倍及40倍、8倍、18倍。同时,复合催化剂催化降解LVFX的活性随着Bi₂S₃和SnS₂比例的增加而逐渐增加,然而最佳样品BBS-4的活性只有22.1%。(2)通过原位生长的方法合成了Bi₃TaO₇/CdS,复合材料在30 min和40 min的可见光照射下对环丙沙星(CIP)和LVFX都表现出了比单一材料更优异的降解活性,分别达到76.5%和85.1%。同时,最佳复合样品还展现出更优异的稳定性和循环使用性,四次循环实验过后,对CIP的降解效率能够保持在75.7%,而CdS由于存在光腐蚀,光催化活性下降到了29%。LC-MS分析表明,CIP最终被转化为CO₂等小分子物质。(3)通过在BTO表面原位生长X_0.5Cd_0.5S(X=Zn、Mn),成功构建了拥有优异光催化性能的直接Z型异质结。其中,最佳的复合催化剂BZCS-2和BMCS-3在40 min内可见光照射下,对LVFX分别降解了85.8%和89.4%。增强的光催化性能可以解释为:BTO与X_0.5Cd_0.5S(X=Zn、Mn)复合形成了直接Z型异质结,提高了光生电子-空穴对的利用效率。自由基捕获实验确定出空穴、超氧自由基和羟基自由基共同使LVFX降解,矿化产物为CO₂、H₂O等。横向对比四种复合材料的光催化性能发现,BTO和MCS在形成Z型异质结后能够提供更多的活性位点,提高了光生电子和空穴的利用效率,从而使复合光催化剂BMCS-3表现出更优异的光催化性能。