半导体光催化技术是一种环保的解决环境污染和能源危机的新技术,它利用的是取之不尽的太阳光,可以将CO2成功地转化为有用的碳氢化合物如CO,CH4,CH3OH,HCOOH或其他高附加值的化合物。然而,传统的光催化面临着电子-空穴分离率低,对光的吸收能力差等问题。因此,如何有效提高太阳能利用率和电荷分离效率是目前光催化技术研究的首要任务。Bi OX（X=Cl、Br、I）是一种有潜力的新型高效光催化剂之一,我们通过在合成过程中提高Bi的含量制备富铋催化剂BixOyXz,既保留了Bi OX结构上的优势,又具有更高的导带位置用于高效的CO2转化。但是纯的BixOyXz往往受到较宽的带隙结构和低量子转化率的限制,使其在可见光区催化活性不高。为解决上述问题,本论文选择以BixOyXz为研究对象,从范德华（vd W）异质结的构建以及单原子的掺杂来调控BixOyXz的电荷分离效率和传递途径,详细研究不同的电子传递机制对光催化性能的影响。我们将盐酸四环素作为Cl源合成设计出Bi3O4Cl催化剂,通过Bi3O4Cl和g-C3N4在乙醇溶液中均匀的超声混合生成Bi3O4Cl/g-C3N4 2D/2D vd W异质结,探索vd W异质结的生成对电子传递机制产生的影响。两种催化剂均显示出典型二维纳米薄片结构,且两者紧密附着在一起构成了vd W异质结。具有更高的光电流响应强度,更长的荧光寿命。同时,vd W异质结具有更优异的CO2吸附能力,为高效的CO2的吸附以及活化提供了保证。最后研究了Bi3O4Cl/20%g-C3N4光催化还原CO2的转化过程,分析了中间产物的生成,提出相应的反应机理。Bi3O4Cl/g-C3N42D/2D vd W异质结催化性能提高的根本原因是vd W力加速了光诱导电子从g-C3N4向Bi3O4Cl表面的迁移,提高了光激发电子-空穴的迁移和分离效率。在g-C3N4负载量为20%的条件下,CO2的转化效率最高,CO和CH4的产率分别为6.6和1.9μmol g-1 h-1。通过简单的溶剂热法将单原子Fe植入到Bi4O5I2的晶格内,既提供了更多的反应活性位点,还有效避免了传统单原子在高度分散时,由于具有高比表面能导致原子容易聚合成团簇而大大降低催化性能的问题。在这里,我们通过提高溶剂热的温度,让Fe3+替代Bi3+原位析出单质Bi,让两者协同作用促进催化剂的还原能力。催化剂具有超薄的纳米片结构,大大缩短了载流子从内部到表面的扩散距离,显著降低了载流子复合的可能性。X射线吸收近边缘光谱（XANES）和扩展X射线吸收光谱（EXAFS）印证了Fe是以单原子Fe3+的形式存在于Bi4O5I2的晶格内。高角度环形暗场扫描电镜（HAADF-STEM）明确观察到Fe单原子在晶格中存在的位置。通过DFT计算研究了单原子Fe对Bi4O5I2电子结构的影响,Fe原子调节了催化剂的带隙结构,还可以作为一个电子跃迁的跳板促进载流子分离。最后通过对比Bi4O5I2与Bi4O5I2-Fe30对CO2的吸附模型和反应途径,掺杂Fe单原子的催化剂周围显示出更强的局域电荷密度,且中间产物形成的能量降低,说明CO2活化过程更容易。因此,Bi4O5I2-Fe30具有更高的CO与CH4的产率,分别为23.77和4.98μmol g-1 h-1（增强了约5倍）。本论文为高性能光催化材料的合成与开发提供了新的研究思路。