二氧化钛(TiO2)可以有效地将太阳能或人工光能转化为化学能,降解矿化水和空气中的污染物,是最具潜力的环保型光催化材料。然而该材料较弱的可见光响应能力及较低的光生电子空穴分离效率限制了其实际应用。因此,开发高效、可见光响应光催化剂体系以满足环境清洁的实际需求至关重要。p型半导体氧化亚锡(SnO)由于常温稳定、空穴迁移率高及能带结构可调等优势而倍受关注。通过调节SnO的晶粒尺寸及形貌可以优化能带结构并缩短载流子迁移路径,在改善光吸收及光催化氧化能力的同时促进光生载流子分离,进一步与TiO2构建p-n异质结可提升光催化性能。然而,Sn2+易被氧化成高电荷状态,导致单相SnO制备困难,同时,由于缺乏对生长机制的深刻认识,在水热过程中对SnO的形貌和粒径尺寸进行控制是一种巨大挑战。针对上述问题,本文以调控SnO粒径尺寸、形貌为出发点,基于对SnO晶体生长规律的研究设计微观结构实现能带结构及载流子迁移路径的调控,使其在响应可见光的同时具有较正的价带顶电位,并有效缩短光生载流子在材料中的迁移路径,改善光催化性能;基于TiO2、SnO间良好的能带结构匹配特性,与TiO2复合构建异质结提升光催化性能,探讨SnO形貌对异质结光吸收、载流子分离和光催化性能等的影响,揭示异质结对光催化性能的增强机制。主要研究内容如下:采用水热法制备得到直径为10 μm,厚度尺寸为1～2 μm的四方相块状SnO。基于块状SnO的物相及形貌演变规律,揭示了可能的“溶解-再结晶”水热晶化机理。块状SnO表现出优异的可见光响应能力,经10h光照,对亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)的降解效率分别为25%和24%,该样品的光催化活性有待提升,这很大程度取决于它的形貌和粒径尺寸,因此,设计合成尺寸和微观形貌可控的SnO并改善光催化性能是研究重点。采用聚乙二醇(PEG)作为晶面调控剂制备出厚度可调的片状SnO。PEG的加入可有效抑制SnO沿<001>晶向的生长速率,减小SnO厚度尺寸,在提高电荷转移和分离效率的同时优化带边位置,增强SnO的氧化还原能力,从而获得优异的光催化降解效率。经10h光照后,厚度为150 nm的片状SnO光催化降解MB效率达到70%,是1 μm厚SnO样品的2.8倍。此外,经过三次循环实验后,样品的光催化降解效率仍保持在70%以上,表现出优秀的循环稳定性。以氯化亚锡(SnCl2)和三种电离度(α)不同的碱NaHCO3、Na2CO3及NaOH作为反应原料在水热条件下成功制备得到由规则纳米片组成的三维微纳分级结构SnO。研究表明,电离度对于形成三维微纳分级结构SnO起到了关键作用,同时,电离度的差异导致样品中组装纳米片厚度发生变化。当微纳分级结构SnO组装纳米片的厚度从200 nm减小到30 nm时,其比表面积由8.75 m2/g增大至15.89 m2/g,能够更好地吸附污染物分子,暴露更多活性位点;能带宽度由2.64 eV增大到2.94 eV,价带顶电位增加0.12 V,光催化氧化能力增强,赋予其优异的光催化活性。经光照8h后,光催化降解MB的效率达到90%以上,且经过三次循环实验后样品仍保持良好的催化活性。采用低温水热晶化法制备得到微纳分级结构及块状结构TiO2/SnO异质结。研究表明,TiO2和SnO之间异质结的形成,有助于改善光吸收性能并促进光生载流子的有效分离,使其光降解甲苯胺蓝(TBO)、MB及MO等污染物的催化活性高于单组份TiO2和SnO。在所有光催化剂中,微纳分级结构TiO2/SnO异质结展现出最佳的光催化性能,且具有良好的稳定性和可重复利用性。这主要缘于微纳分级结构不仅提供了高比表面积暴露足够的活性位点,还有效缩短电子和空穴迁移路径,提高电荷转移和分离效率;同时,优化了导带底及价带顶电位,赋予异质结优异的氧化还原能力,进而增强光催化性能。基于催化过程中活性物种的检测及TiO2、SnO的能带结构,详细讨论了光生载流子的转移和TiO2/SnO异质结的光催化降解机理。我们的研究为高效异质结光催化剂的设计提供了新思路,对光催化应用具有重要意义。