随着人类社会的发展,对环保型绿色能源的开发和利用越来越受到关注,光催化作为充分利用太阳能降解有机物、解水产氢（氧）、二氧化碳转换的一种新型能源利用技术,成为该领域的研究热点。稀土化合物因其独特的电子结构被认为是有巨大潜力的光催化半导体,其中氧化铈因为良好的紫外光响应能力和稳定性而受到关注。然而,氧化铈相对较差的光吸收能力以及高的电子-空穴对复合机率限制了其在光催化领域的应用。设计具有良好的紫外-可见光吸收能力和高效电子-空穴对分离与转移能力的氧化铈基催化剂,对提高其光催化效率具有十分重要的作用。为此,本论文选择从理论模拟计算入手,深入探讨其结构与性能的关系,设计合成中空氧化铈基复合光半导体材料,并通过化学（物理）吸附、掺杂、形貌调控等技术手段优化其光催化性能;再通过系统表征其结构、形貌与光催化性能,并结合光电化学性能测试、瞬/稳态荧光光谱等手段综合分析复合材料的电子结构、电子-空穴对分离与转移机制,探讨其光催化增强机理。具体研究内容及结论如下:（1）采用第一性原理对碳量子点复合中空氧化铈微球（CQDs/h-CeO₂）的电子结构及其表面电荷密度进行了理论计算,结果表明,引入CQDs之后,复合材料的能带间隙能够明显降低,对可见光的响应能力得到极大提升;差分电荷密度理论计算对界面处的电荷转移进行了预测,理论上CQDs的引入阻止了光生电子和空穴的复合,对光催化反应是有利的。随后,通过水热法及浸渍手段制备得到了NCQDs/h-CeO₂复合空心微球,对其结构及光催化性能进行分析,发现NCQDs/h-CeO₂的光吸收边在600 nm左右,较h-CeO₂（450 nm）的吸收边明显红移,表明NCQDs的复合拓宽了材料的光吸收范围;其平带电位为-0.73 eV,明显比h-CeO₂（-0.68 eV）更负;交流阻抗测试显示,其曲率半径小于h-CeO₂,表明其表面光生载流子的传输速率高,有助于光催化活性的提高。在可见光照射下,NCQDs/h-CeO₂复合材料降解罗丹明B的速率可达到h-CeO₂材料的2.35倍。（2）以硫酸亚铁和硝酸铈为主要原料,通过水热法制备了不同Fe掺杂量的Fe/h-CeO₂光催化材料,系统研究了材料的结构与光催化性能。结果表明,Fe掺杂可将材料的光吸收范围拓宽至可见光,并有效提高材料的比表面积,其中0.25%的Fe/h-CeO₂表现出最高的光催化降解RhB活性,降解效率可以达到h-CeO₂的2倍。采用第一性原理对Fe/h-CeO₂的电子结构及其态密度进行了理论模拟计算h-CeO₂及Fe/h-CeO₂的禁带宽度分别为1.62 eV和1.29 eV;掺杂Fe之后,对比纯态CeO₂,复合材料的能带间隙明显减小;FT-IR、XPS及光电化学测试结果表明,少量Fe掺杂改变了h-CeO₂的导带及价带能级位置,增加氧空位的数量,使得Fe/h-CeO₂材料表面活性位点增多,有助于增强光催化活性。（3）以氧化铈中空微球为载体,萘二羧酸为有机配体,铁为金属中心,通过水热法合成了系列Fe-MOFs/CeO₂复合光催化剂。结果表明,复合样品以直径约为500 nm的中空CeO₂微球为载体,表面为Fe-MOFs包覆的毛刺状壳层,壳层厚度约为100 nm。复合MOFs后,Fe-MOFs/CeO₂样品的禁带宽度可降低至1.62 eV,均低于纯h-CeO₂和MOFs,说明复合MOFs后可有效改善样品对光的响应范围及能带结构;光电化学测试结果表明,MOFs复合可引入具有π-π共轭结构的萘环,使光生电子空穴的传输路径更短,减少了体相中光生电子-空穴的复合几率。同时,MOFs的包覆在提高样品吸附性能的同时还可改善样品表面与电解液之间的电荷传输特性,有效降低与电解液之间的电荷传输电阻,进一步提高样品的光催化性能。经暗吸附24 h并在可见光照射2 h后,Fe-MOFs/CeO₂复合样品与纯h-CeO₂分别降解了72%和45%的RhB。（4）以钇碳球作为模板,通过水热结合热处理方法得到了多层氧化铈/氧化钇复合空心微球,系统研究了复合微球的结构及光催化性能。结果表明:多层微球的核层主要为Y₂O₃,壳层主要为CeO₂,层与层之间存在较大空隙,以“点接触”方式结合;相比于纯h-CeO₂空心球,Y₂O₃核层的引入可改变材料的电子结构,降低禁带宽度。由于YCe复合微球层层之间存在难以形成紧密结合的异质结界面,体系中可供电子、空穴传输的通道极少,使复合微球的电荷传输电阻相较于h-CeO₂有大幅增加,阻碍了光生电子-空穴转移至材料表面的光催化活性中心,降低了光催化活性。