太阳能光催化是光和催化剂同时作用下所进行的化学反应,也是近年来能源与环境领域研究的一个热点,其涉及到的关键科学问题包括光电转换、载流子传输动力学以及光化学反应等多个领域的研究。然而,目前光催化反应的量子效率仍然较低。其中,光生载流子的分离与迁移是关键限制因素。材料自身形成的内建电场（IEF）直接作用于光生载流子,可以实现电子和空穴的有效分离,同时外部场源的引入,影响了催化剂体内或表面的电荷分布,使载流子分离效率进一步提高。本论文针对光催化过程中光生载流子分离及迁移的驱动力不足的问题,提出了利用材料的缺陷调控、异质结的构建以及外加磁场诱导等方法,设计和制备具有IEF增强作用的半导体光催化剂,并通过降解污染物和分解水产氢等手段评估其催化性能。此外,探究了在光催化剂中增强载流子动力学的方式,为今后定向合成具有强大IEF和丰富的外场响应作用的半导体催化剂提供了新的见解和思路。本论文的主要内容如下:1.通过调节g-C3N4光催化剂中掺杂元素的种类和比例,调控了半导体的IEF强度,有效增强了光催化过程中载流子的分离和传输。研究发现,将适当浓度的Bi、S元素引入二维g-C3N4的骨架结构,可有效调节IEF强度,使得最佳比例样品10 BSCN具有增强的IEF,从而实现液相环境中四环素（TC）等污染物的高效降解及优异的光催化析氢性能。此外,经溶剂热回流后的Bi、S共掺g-C3N4样品具有良好的化学稳定性,能够减少因杂原子共掺杂而导致的纳米片结构缺陷,从而为构建高活性及稳定的g-C3N4基材料提供了新的解决方案。2.针对传统I型异质结因界面结合不紧密及电荷分离驱动力不足而导致的光生载流子分离效率不高和氧化还原能力降低的问题,我们通过离子交换策略构建了具有较大接触面积和独特能带结构的I型Bi OBr/Bi2S3高低异质结,实现了对于光生载流子在不同组分间的快速迁移。研究发现,通过熔融状态下的阴离子交换,可促进Bi OBr与Bi2S3的紧密结合,实现光生载流子的有效空间分离,显著增强光催化降解和原位生成H2O2的性能,为新型异质结的构建提供了新的见解和思路。3.利用PDI-Urea有机超分子的高度结晶性以及静电纺丝工艺制备的纳米网状纤维膜结构,能够在内生IEF驱动光生电荷分离的同时,为电子和空穴的快速转移提供通路。此外,借助泡沫镍电极的磁阻效应及其产生的洛伦兹作用力,使得PDI基薄膜材料中载流子的分离和传输加快,进而确保IEF的持续作用。研究证明,在可见光、外加偏压和非接触磁场共同作用下,催化产氢和同步降解MO染料的性能得到显著提升,同时实现了光催化剂在可回收性和稳定性方面的提高,为光催化技术在实际应用中提供了新的可能性。