近年来,全球面临能源短缺和环境污染的严峻挑战,解决日益严重的能源和环境危机是保障世界和谐、稳定与可持续发展的迫切需要。光催化技术可以利用可再生能源太阳光来驱动一系列重要化学反应,如光解水制氢、降解污染物和二氧化碳还原等,具有低成本、环境友好等特点,是未来清洁能源生产和环境污染治理的理想途径之一。以TiO₂和ZnO为代表的传统光催化材料,由于较窄的光响应范围和较低的光生电子-空穴对分离效率,限制了其实际应用。因此,对传统紫外光响应半导体材料和新型可见光响应半导体材料进行微结构的调控和优化,构筑制备过程相对简便、成本较低和光催化活性较好的复合光催化材料,以及研究其构效关系仍然是光催化领域的一个重要课题。本论文从提高光催化体系的可见光利用率和光生电子-空穴分离率出发,制备了五种不同微结构的基于贵金属Au和Ag的复合光催化材料。采用X射线粉末衍射、傅里叶变换红外光谱、场发射扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱、N₂-吸附脱附、X射线光电子能谱和荧光光谱等手段对材料进行详细的表征,研究了材料光催化降解有机染料和抗生素的性能以及构效关系,并对可能的光催化机理进行了探讨。具体的研究结果如下：1.Ag/ZnO/C等离子体光催化材料的制备及光催化降解抗生素性能的研究采用有机酸锌为前驱体,通过煅烧和光沉积贵金属Ag的方法构筑了Ag/ZnO/C等离子体光催化材料。形貌表征表明5-10 nm大小的Ag和ZnO均匀的负载在多孔碳层的表面。Ag/ZnO/C光催化材料的吸附性能和光催化性能通过吸附和降解水溶液中的抗生素盐酸四环素（TC-HCl）来研究。研究结果表明Ag/ZnO/C复合物由于具有较大的比表面积及其多孔性质,对目标污染物TC-HCl表现出比单独ZnO更好的吸附性能,同样条件下,Ag/ZnO/C对污染物的吸附量是Zn0的4倍。Ag/ZnO/C等离子体光催化材料在紫外光和可见光下降解抗生素TC-HCl时,表现出比单纯ZnO更好的光催化活性,主要得益于贵金属Ag与碳层的协同作用,有效地扩展了体系的光吸收范围,增强了光吸收强度以及促进了光生电子-空穴的分离。由于Ag和半导体ZnO均与碳层有良好的界面作用,Ag/ZnO/C等离子体光催化材料在反应中具有较好的光催化稳定性。2.多孔石墨烯态氮化碳/Ag/Fe₂O₃等离子体光催化材料的制备及可见光催化性能的研究通过尿素煅烧制备了多孔石墨烯态氮化碳（pg-C₃N₄）,水热法制备了Ag/Fe₂O₃,然后通过化学吸附法进行复合,构筑了Pg-C₃N₄/Ag/Fe₂O₃等离子体光催化材料。催化剂的光催化性能评价是以降解水溶液中的有机染料罗丹明B（RhB）为探针反应。结果表明：pg-C₃N₄系光催化材料对RhB表现出很好的吸附性能；当Ag/Fe₂O₃在三元复合物中的含量为5 wt%时,Ag/Fe₂O₃复合物表现出最好的光催化性能,其降解速率是单纯pg-C₃N₄的2.74倍。然而,过量负载Ag/Fe₂O₃将占据半导体的反应活性位,使pg-C₃N₄/Ag/Fe₂O₃的光催化活性下降。pg-C₃N₄/Ag/Fe₂O₃增强的光催化活性主要归因于Ag的等离子体共振效应和pg-C₃N₄与Fe₂O₃能级匹配效应,协同增强了可见光捕获能力以及提高了光生电子-空穴对的分离率。并且,通过活性基团捕获实验表明·O₂-和ｈ+是pg-C₃N₄/Ag/Fe₂O₃光催化降解RhB反应中的主要活性物种。3. Ag2O/N-掺杂螺旋碳纳米管复合材料的制备及可见光催化性能的研究利用吸附—共沉淀的方法制备出了Ag2O/N-HCNTs光催化材料,其中,N-HCNTs采用手性C14-L-Glu为模板,接枝吡咯聚合,然后通过在N₂气氛下煅烧下得到,具有较大的比表面积。N-HCNTs不同于普通的CNTs需要经过后续复杂的酸处理过程来接上官能团去螯合金属离子,可直接利用本身含有的N原子螯合银离子。N-HCNTs的引入使得原位制备的Ag20具有较小的尺寸,碳材料的复合减少了贵金属Ag的使用量。研究结果表明3-10 am大小的Ag20负载在N-HCNTs管壁内外,Ag2O/N-HCNTs的在整个紫外-可见光区域的光吸收强度比单纯的Ag20大。将Ag2O/N-HCNTs应用于可见光催化降解有机染料亚甲基蓝（MB）反应中,光催化降解速率比单纯的Ag20提高3.9倍,且催化剂稳定性好。其增强的光催化性能主要得益于小尺寸的Ag2O纳米粒子、光利用率高以及半导体中光生电子和空穴的有效分离。4. Au/Pt/石墨烯态氮化碳复合材料的制备及等离子体增强的可见光催化性能研究通过煅烧-光沉积的方法构筑了Au和Pt双贵金属修饰的g-C₃N₄复合物（Au/Pt/g-C₃N₄）。g-C₃N₄通过三聚氰胺在空气中的程序升温煅烧得到,然后吸附贵金属盐,采用紫外光下光照还原的方法,使7-15 nm大小的Au和Pt颗粒沉积在层状半导体g-C₃N₄上。Au/Pt/g-C₃N₄在光催化降解抗生素盐酸四环素（TC-HCl）的反应中表现出比单纯g-C₃N₄以及单金属修饰的g-C₃N₄复合物（Au/g-C₃N₄和Pt/g-C₃N₄）增强的光催化活性,其光催化降解速率比单纯g-C₃N₄提高了3.4倍。引入的Au纳米粒子的等离子体效应可以扩大光吸收范围,Pt纳米粒子的电子受体功能有效的促进了光生电子-空穴的分离,g-C₃N₄本身在可见光下可以被激发,其加强的导电性加速了电子的转移。三者的协同效应使得Au/Pt/g-C₃N₄复合物成为一种活性很高的等离子体光催化材料。5.Au/多孔石墨烯态氮化碳/石墨烯等离子体光催化材料制备及可见光催化性能研究通过超声-光沉积的方法构筑了Au/pg-C₃N₄/GR等离子体光催化材料。Au/pg-C₃N₄/GR三元复合物有着特殊的结构,多孔的层状Pg-C₃N₄固载在层状石墨烯上形成了层状复合物,10～15 nm大小的Au纳米粒子沉积在层状复合物上。所制备催化剂的吸附性能和光催化性能通过吸附和降解水溶液中的有机染料亚甲基蓝（MB）和抗生素环丙沙星（CIP）来研究。研究结果表明pg-C₃N₄基光催化材料对污染物的吸附性能优于g-C₃N₄,Au/pg-C₃N₄/GR复合物在光催化降解MB和CIP的反应中表现出比单纯pg-C₃N₄以及g-C₃N₄增强的光催化活性,Au/pg-C₃N₄/GR对MB和CIP的降解速率分别是分别是单纯Pg-C₃N₄的4.34和3.05倍,甚至是单纯g-C₃N₄的7.42和6.09倍。Au的等离子体共振效应和石墨烯电子受体的作用,能够增强体系在整个紫外-可见光区域的光吸收能力的增强,有效促进光生电子和空穴的分离以及提供更多的反应活性位,从而协同的提高了光催化活性。