光催化技术是一种环境友好型的污水处理方法,光催化反应利用半导体光催化剂表面的光生电子与空穴等活性物种,发生氧化还原反应将水体中的有机污染物氧化成无毒的小分子。然而,光催化剂对太阳光的吸收利用率低,光生载流子(电子-空穴对)复合情况严重,限制了光催化技术的应用。因此,对光催化剂进行改性,从而提高光催化剂活性,对光催化技术的发展尤为重要。反蛋白石独特的三维有序大孔结构产生的慢光子效应和多重光散射效应,使得入射光在材料中的光程有效增加,进而增强光催化剂和入射光的相互作用,提高光的吸收利用率;并且反蛋白石材料较大的比表面积为光催化反应提供足够的活性点位,有利于光催化过程的传质和载流子传输。因此,本论文将三维有序的反蛋白石结构用于光催化体系。并结合元素掺杂和量子点复合等手段,构筑高效、稳定的光催化剂异质结,用于可见光催化降解水体有机污染物的研究。(1)二氧化钛是一类常见的半导体光催化剂,但是它的带隙较宽,对可见光响应能力差。制备三维有序的二氧化钛反蛋白石结构有利于提高TiO2对可见光利用率,并在二氧化钛反蛋白石中掺杂氮元素,拓宽对可见光的响应范围。然后在氮掺杂的二氧化钛骨架上负载硒化镉纳米粒子,构建异质结体系,得到硒化镉复合氮掺杂二氧化钛反蛋白石(CdSe/N-TiO2 IO)。氮掺杂在二氧化钛价带上方产生一个N 2p能级,有效地将二氧化钛禁带宽度调节至3.0 eV,进一步复合窄带隙可见光催化剂硒化镉能够促进光生载流子迁移,提高光生电子空穴分离效率。将得到的光催化剂用于降解罗丹明B染料,CdSe/N-Ti02 IO对罗丹明B具有良好的去除效率,且循环实验表明CdSe/N-Ti02 IO具有稳定的光催化活性。氮掺杂、硒化镉敏化和反蛋白石的慢光子效应协同提高了光催化剂的活性。(2)硫化镉量子点具有带隙可调控的优点,但是硫化镉量子点具有较为严重的光腐蚀现象。为了抑制光腐蚀现象,选用导电性优良的磷化钼作为反蛋白石助催化剂,得到硫化镉量子点复合的磷化钼反蛋白石(CdS/MoP IO)。硫化镉量子点在可见光照射下产生光生电子-空穴对,光生电子从硫化镉导带流向磷化钼费米能级,而光生空穴则积聚在硫化镉价带,能够有效地抑制载流子复合。CdS/MoP IO对苯酚具有良好的光催化降解效率,在磷化钼反蛋白石骨架中的负载有效地缓解了硫化镉量子点的光腐蚀现象,所得复合催化剂具有良好的循环稳定性。(3)制备了钨酸铋-三氧化钨反蛋白石,再将合成好的石墨烯量子点通过静电作用均匀地负载在钨酸铋-三氧化钨反蛋白石框架上,得到石墨烯量子点复合的钨酸铋-三氧化钨反蛋白石(GQDs/Bi/WIO)。由于三氧化钨和钨酸铋的导带位置较正,在光催化反应中难以产生具有强氧化性的超氧自由基,而石墨烯量子点的引入可以有效地弥补这个不足。GQDs/Bi/W IO在光催化反应中形成了双Z型光催化体系,三氧化钨/钨酸铋导带的光生电子被石墨烯量子点价带空穴消耗,石墨烯量子点的导带积累光生电子,而三氧化钨/钨酸铋价带聚集空穴,使得光生电子与空穴在不同的光催化剂组分表面分别完成还原反应和氧化反应,这样得到的GQDs/Bi/W IO三元异质结可以有效地抑制光生电子-空穴对的复合。GQDs/Bi/W IO在可见光照射下对水体污染物苯酚具有高去除效率。同样地,该材料也表现出良好的光催化稳定性。因此,利用反蛋白石材料的有序大孔结构,提高光催化剂对可见光的吸收和利用效率,同时构筑异质结催化剂有效地促进了光生载流子的分离与传输,这两种手段可以协同提高光催化剂的催化活性。