近年来,为了应对日益严重的能源紧缺和环境污染问题,半导体光催化技术得到快速的发展,借助催化过程的氧化还原反应,不仅可以将水分解为氧气和氢气,也可以降解水中的有机污染物。传统的TiO₂光催化剂由于带隙较宽,仅能利用太阳光中能量占比不足5%的紫外光,在光催化领域的应用受到极大限制,因此开发一种具有适宜能带结构的新型光催化材料尤为重要。钒酸铋因其环境友好、成本低廉和合适的能带结构等优点成为一种新兴的光催化剂并引起了广泛关注。但是钒酸铋电子-空穴超过60%的复合率、表面吸附能力差和电子转移速率慢等问题也制约了其在光催化领域的应用。因此,通常采用形貌控制、掺杂、复合等方法对钒酸铋进行改性以提高其光催化活性。镧系元素具有丰富的能级结构和特殊的上转换发光效应,可以有效应对钒酸铋的上述问题,近年来镧系元素掺杂钒酸铋相关的研究也吸引了学者的广泛关注。针对钒酸铋的缺点和镧系元素特殊的物化性质,采用简单的水热法制备了一系列镧系元素掺杂的钒酸铋。通过对掺杂比例、水热时间和前驱体pH等条件的控制,构建了一种利用多种催化机理共同作用的钒酸铋光催化剂。同时也研究了镧系元素掺杂对钒酸铋晶相的影响。本文的主要工作如下:1.采用水热法制备了具有异质结结构的钕掺杂钒酸铋光催化剂,系统地研究了水热时间、掺杂比例和前驱体pH对样品结构和性能的影响。研究结果表明钒酸铋的晶相随水热时间的增加从四方锆石相转化为单斜白钨矿相,而钕的掺杂则抑制了这个转化过程。钕掺杂为钒酸铋样品引入了上转换发光效应,扩大了样品的光吸收范围。通过对前驱体pH的调控发现,前驱体溶液的pH对样品的晶相和形貌有较大影响。对样品能带结构的分析表明,上述晶相转化过程中两种晶相能够形成交错型的能带结构,可以有效分离光生电子-空穴对,对光催化性能有明显的提升作用。掺杂引入的杂质能级和上转换发光效应,以及样品的异质结结构共同促进了钒酸铋的光催化活性。2.采用水热法制备了具有异质结核壳结构的铒掺杂钒酸铋光催化剂,研究了水热时间和掺杂比例对样品结构、形貌和性能的影响。研究表明铒掺杂可以提高钒酸铋四方锆石相的热力学稳定性,抑制钒酸铋从四方锆石相向单斜白钨矿相的转化。拉曼光谱分析结果表明铒掺杂的样品具有上转换发光效果,一定程度扩大了光吸收范围。另外,紫外-可见漫反射吸收谱和透射电镜结果表明,样品可能具有异质结核壳结构,这种特殊的结构可以更有效的分离光生电子-空穴对,提高载流子迁移到样品表面的速率。除了受到异质结、掺杂和上转换发光作用,其特殊的核壳结构也进一步提高了钒酸铋的光催化活性。3.采用水热法制备了具有不同晶相的钕、铒共掺杂钒酸铋样品,并研究了不同的掺杂比例对样品结构和性能的影响。研究结果表明,钕、铒以替代铋位的形式掺杂进入晶格,钕和铒的掺杂提高了钒酸铋四方锆石相的热力学稳定性,导致样品随掺杂比例的增加从单斜白钨矿相向四方锆石相变化。同时镧系掺杂也为钒酸铋引入了上转换发光效应,扩大了样品的光吸收范围。钕、铒的掺杂对样品的带隙和形貌影响较小,带隙和形貌的变化主要是受到晶相变化导致。相比窄带隙单斜白钨矿相钒酸铋,四方锆石相为主体具有异质结结构的样品展现出最强的光催化活性,荧光光谱表明异质结结构可以有效抑制光生载流子的复合。借助多重催化机理的共同作用,有效提升了四方锆石相钒酸铋的光催化活性。