光催化技术可以利用太阳能转化为化学能氧化环境中的微量有机污染物和还原性重金属离子,被认为是去除环境中持久性污染物以及解决能源问题的有效技术之一。光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合,所用光主要为紫外光,可以用于处理污水中CHCl3、CCl4、多氯联苯等难降解物质。因此,在当前水污染的不断加剧与水资源的日益消耗的形势下,光催化氧化技术在处理污水、缓解水资源紧缺方面有非常广泛的应用前景。提升半导体光催化剂催化活性是通过诸如元素掺杂、贵金属沉积、半导体复合以及缺陷工程改性等的方法来实现的。其中非金属元素掺杂作为其中一种重要方法具有易制备、绿色经济、催化活性高等特点,且能有效提高其半导体光催化可见光响应范围以及光生载流子分离效率,提高光子量子效率。本研究将对非金属掺杂可见光催化材料的设计及增效原理进行研究,研究结果如下:1.研究通过硫脲原位煅烧合成的硫掺杂氮化碳光催化剂,研究其结构以及光催化活性增效原理。结果表明,该催化剂在可见光的照射下表现出良好的降解活性以及稳定性,其多孔纳米片结构具有较大比表面积,能够抑制光生电子-空穴的复合,提升光生载流子的分离效果。2.研究通过三聚硫氰酸原位煅烧合成硫掺杂氮化碳光催化剂的结构以及其光催化活性增效原理。分析结果表明,该硫掺杂氮化碳光催化剂的可见光吸收范围相较于原始氮化碳更宽,且响应度更好。硫掺杂氮化碳光催化剂的光生电子-空穴的复合明显改善,光生载流子分离效果明显提升。同时测试了该光催化剂的电化学性能,实验结果表明该催化剂具有更小的阻抗。3.研究C、N、S掺杂的TiO2光催化剂的结构以及其光催化活性增效原理。分析表明:C、N、S的改性主要通过形成晶格缺陷以及增强TiO2的晶体结构来提高光催化活性。C、N、S元素掺杂的TiO2光催化材料的紫外-可见漫反射光谱发生了红移且光响应增强,PL光谱表现出电子-空穴复合降低以及光电流显示出的更好的光生载流子分离速率,表明共掺杂促进了TiO2的光催化活性。4.研究C、N、S掺杂的溴氧化铋光催化剂的结构以及其光催化活性增效原理。通过在可见光条件下进行罗丹明B的降解实验表明,C/N/S-BiOBr具有良好的光催化活性。本章同时探讨了元素掺杂对半导体材料晶格的影响,分析认为通过C、N、S协同改性方式,降低了其带隙,从而增强了其在可见光条件下的响应度,提高了光催化活性。