半导体光催化技术由于能够直接利用洁净的太阳能资源生产太阳能燃料来解决日益严重的能源和环境问题而日益广泛关注。然而,光催化过程的电子、空穴的快速复合和低的光利用率造成了光催化反应仍然效率不高。那么构建复合光催化剂能有效解决单一半导体光催化剂光响应范围窄、量子效率低等难题,这一策略在光催化领域具有广阔的应用前景。构建高效复合光催化剂的重要前提是光生电荷在其界面处能够更有效分离和迁移,而其界面结构和性质则是影响光生电荷传输行为的关键因素。对其表、界面进行合理和有效的调控能够极大地促进光生载流子的分离和迁移,有利于进一步提升光催化的性能。针对这些基础科学问题,以BiOX(Cl、1)为基底材料,构建半导体异质结和设计合理的复合结构,以光催化分解水和光催化灭菌为反应模型考察了其光催化反应性能,并结合各种物理、化学表征手段,研究了复合结构中各个活性单元的构效关系,并阐明其光催化作用机理。论文主要包含两部分研究工作:(1)采用一步水热法,通过调节溶液pH并结合有机溶剂中机械剥离作用制备BiOCl/Bi304Cl超薄纳米片异质结光催化剂。主要研究了电荷体相和表面迁移的调控对光生载流子的分离、迁移及光催化分解水效率的影响。(2)采用溶剂热还原反应法,结合原位离子交换和光致还原过程,合成了Ag/AgI/Bi-BiOI复合光催化剂。主要研究了电荷转移路径的调控对光生载流子分离、迁移及光催化协同抗菌反应效率的影响。论文主要得到以下结论:(1)相比传统的纳米晶BiOCl/Bi304Cl异质结,BiOCl/Bi304Cl超薄纳米片异质结的光催化分解水产氧活性提高了 2倍多,这是由于其特殊的晶体结构和电子结构并在其界面处形成较强的内建电场且表面主要暴露{001}的活性晶面,相比非超薄片异质结结构,能够更有效的加速体相电荷和表面电荷的分离和迁移,从而提高光催化产氧的反应效率。(2)设计Ag/AgI/Bi-BiOI复合光催化剂,其活性相比于Ag/AgI和Bi-BiOI,可在可见光下基本实现18 min内高效光催化协同灭菌,主要原因是通过对电荷转移路径合理的调控,Ag作为“Z”型载流子转移为主导的复合结构,更有效的促进光生电荷的分离和迁移,从而促进了光催化协同抗菌并且这个过程中h+,e-,和·O2-是关键的活性物种。以上研究结果不但扩展了设计复合光催化剂在光催化领域内的应用价值,也对丰富光催化的作用机理及其理论基础有进一步的推动作用,具有重要的科学和现实意义。