光催化是一种可以处理环境污染和生产清洁能源的理想技术,在室温下将太阳能转变成化学能。近年来,通式为(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2-的Aurivillius层状钙钛矿氧化物在光催化领域受到广泛关注,这类材料由n层类钙钛矿层与铋氧层沿c方向交替排列而成,是一种非常有前途的光催化材料。本论文选择层状材料作为研究对象的原因有以下几点:1、这类材料有着良好的可见光光响应活性;2、作为铁电材料,其铁电自发极化场能够促进光生载流子的分离;3、可以通过调节自身结构的序参量,实现对多种外场(如电场、磁场、光场、应力场)的协同响应。针对上述问题,采用离子基团的引入、控制材料的纳米形貌结构和形成复合材料等手段,摸索高性能纳米光催化材料的制备,从可回收角度对材料进行了设计,重点研究了内建电场对光催化性能的影响及机制。具体内容分为以下六部分:第一章:首先介绍了光催化原理和铁电材料的基本特性,概括了铁电极化对光催化的影响。其次介绍了层状钙钛矿氧化物的结构和研究现状,讨论了它在光催化领域的研究及发展情况。第二章:介绍了本文有关化学试剂、仪器设备,材料的制备方法,性能表征以及测试分析手段。第三章:用水热法制备了六层层状钙钛矿Bi7Fe3-xNixTi3O21(BFNTO-x)粉末样品。其中Ni掺杂含量x为0.1、0.4、0.6和1,表征了样品的形貌结构,测量了样品的磁性和光催化性能。研究发现,Ni的掺杂不仅增大样品可见光吸收和比表面积,还提高了光催化性能。此外,Ni掺杂能够实现室温的弱铁磁性,样品的磁性能随着Ni含量的增加先提高后减弱,当掺杂量为0.6时,样品Bi7Fe2.4Ni0.6Ti3O21(BFNTO-0.6)的磁性达到最佳,其剩余磁化2Mr达到3.58emu/g,利用这一特性,我们用条形磁铁就可以将催化剂从液体中聚集回收,实现了磁回收。第四章:首先用水热法制备了层次纳米花状结构的Bi4Ti3O12(BiTO)纳米粉末,摸索了其工艺条件,并制备了不同质量比的A g20/B i4Ti3O12(A/BiTO)样品。实验表明,20%A/BiTO样品的光催化效果达到最佳,为了进一步探讨铁电性和压电性对光催化过程的影响,我们对比了 20%A/BiTO样品光降解、超声压电降解和压电光降解这三种性能,发现协同压电效应的光降解效率最高,在此基础上,我们用自制电晕极化装置对样品进行电极化,发现外电场极化对于压电降解和光降解都有着积极作用。由此我们分析了铁电性和压电性对光催化过程的影响和机理。第五章:制备了以碳纸为衬底的TiO2/Bi4Ti3O12(T/BiTO)复合材料,复合材料的光电流密度明显增强,这是由于Bi4Ti3O12的铁电内建电场促进了电子-空穴对的分离;且制备在衬底上的复合材料很易于回收,不会造成二次污染,这也是我们本章内容的目的所在。结语:总结本文对层状钙钛矿氧化物及其复合材料的研究情况,展望今后的工作方向。