光催化降解有机污染物由于具有绿色、无毒害以及能耗低等特点在近些年逐渐成为一种备受关注的污染物治理技术。但目前所报道的部分光催化剂对于光谱响应范围限制在较低的波长(λ<600 nm),导致无法充分利用太阳能。而报道的大多数宽光谱响应光催化剂由于低激发能引起的较高载流子复合率以及不合适的能带位置同样限制了其光催化活性。因此,开发新型宽光谱响应、高活性的光催化剂用于降解有机污染物具有重要意义。据报道,软铋矿光催化剂具有宽光谱响应和结构容忍度高等特点,并对于污染物的降解表现出一定的活性。但目前所报道的软铋矿光催化剂仍存在一些不足,如缺陷多、颗粒度较大等,导致其光催化活性处于较低的水平。本文选取结构最简单的软铋矿g-Bi₂O₃作为进一步改性研究的母体材料,通过用不同数量的Co³⁺取代g-Bi₂O₃结构中四面体或八面体中心位点上的Bi³⁺实现改性过程,制备了系列具有宽光谱响应和高偶极的钴基软铋矿光催化剂。所制备的系列Bi-Co-O光催化剂通过光降解、光热降解和协同过硫酸盐光热降解等过程用于有机污染物的处理,并研究了光催化剂结构对降解活性的影响,阐明了降解机制。具体内容如下:(1)通过溶剂热法合成了新型宽光谱响应钴基软铋矿光催化剂Bi₂₅Co O₄₀,其对于光谱响应范围达到750 nm。通过XRD精修研究了其晶胞结构中Bi⁵⁺和Co³⁺的占位。结合理论计算研究了其能带组成和偶极产生原因。光降解结果表明其对亚甲基蓝和4-氯苯酚的降解速率优于常见光催化剂的2-4倍。Bi₂₅Co O₄₀优异的光催化活性来源于较大的晶胞偶极(30.1 D)促进了载流子有效分离和接近2 e V的价带边提供的强氧化能力。(2)通过水热法合成了钴基软铋矿光催化剂Bi₁₂Co O₂₀,其对于光谱响应范围进一步扩宽至1000 nm。研究发现,Bi₁₂Co O₂₀作为一种光热催化剂,可以有效地转换利用红外光,实现了对太阳能的高效利用。通过原位测试证实了热效应对Bi₁₂Co O₂₀八面体位点中Co³⁺的价态调控作用。结合理论计算发现,Co³⁺变价会导致电子重新排布,引起相邻八面体间新的偶极达到34.6 D。在光热下Bi₁₂Co O₂₀对苯酚的降解速率常数达到了0.12min^-1,是同等条件下Bi₂₅Co O₄₀的2.7倍。Bi₁₂Co O₂₀更为显著的光热活性源于其偶极大小接近Bi₂₅Co O₄₀的2倍,更有利于光生载流子的分离。同时光热效应引起Bi₁₂Co O₂₀价带边下移,加速了活性氧物种的产生。(3)通过水热法合成了不同Co含量的Bi-Co-O软铋矿光催化剂。研究了Bi-Co-O系列光催化剂与过硫酸盐协同的光热降解活性。结果表明,在系列催化剂中Bi₁₂Co O₂₀呈现出最高的光热降解苯酚速率。当加入过硫酸盐后,光热活性比Bi₁₂Co O₂₀单独作用时进一步提高了1.8倍。同时评估了该系统对高浓度有机污染物的降解表现。结果表明,该体系可以实现对50至200 ppm的抗生素类污染物的降解。优异的活性源于Bi₁₂Co O₂₀的光热系统对过硫酸盐的有效活化,产生了×SO₄^-(2.5 V vs NHE)。这种活化方式是通过过硫酸盐抑制Bi₁₂Co O₂₀中光生载流子的重组,导致足够的光生电子转移到催化剂表面,从而实现了过硫酸盐的活化。