人类社会在经济、人文、科技等方面高速发展,但随之而来的能源短缺、环境污染等问题却成为人类文明发展的重大阻碍。为了解决这些问题,人们发展了一种能够储存和利用太阳能获取清洁能源和治理环境的技术——半导体光催化技术。在众多的半导体光催化剂中,Bi基半导体因其成本低廉、合适的带隙和无污染等特性而备受人们关注。因此本论文以可持续发展观念为核心,进行了以Bi基半导体为主的光催化方面的研究:（1）构建化学键键合异质结构,抑制光生载流子复合率。采用氧化锌量子点（ZnO QDs）在钒酸铋（BiVO4）前驱体溶液中掺杂并进行退火煅烧的方法,构建了BiVO4/ZnO QDs异质结构。利用ZnO QDs表面缺陷及悬键多等特点,在BiVO4和ZnO QDs之间的交界处形成化学键键合界面（CBIs）。在光电催化过程中,CBIs不仅可以加快光生电子的迁移效率,同时作为光生空穴的捕获层俘获来自ZnO和BiVO4的光生空穴。同时,CBIs还能够与元素Bi发生协同作用,利用元素Bi的水氧化动力学将空穴导出,从而避免了电子-空穴复合,优化了BiVO4的光电催化（PEC）性能。模拟自然光照射下的光电流密度最高可达5.5m A/cm2。（2）构建空穴传输通道,解决Type I异质结空穴难以导出的问题。采用MOFs在BiVO4前驱体溶液中原位煅烧的方法,构建了BiVO4/α-Fe2O3异质结构。利用MIL-53（Fe）在高温下转化为α-Fe2O3的过程中发生横向膨胀的特点,在多孔BiVO4薄膜中形成了半覆盖式α-Fe2O3纺锤体的特殊结构。在光电催化过程中α-Fe2O3可以同时与BiVO4和电解质溶液接触,进而构建了独特的空穴传输通道,抑制了电子-空穴的二次复合率,其模拟自然光照射下的光电流密度最高可达5.4m A/cm2（测试过程以NaSO3作为空穴牺牲试剂）,其中α-Fe2O3裸露部分上的Fex+在电解质溶液中的水氧化动力学对于抑制电子-空穴的复合起着重要的作用。（3）利用内掺法获得Mo、W离子掺杂的钒酸铋（Mo,W:BVO）和氧化锌纳米球（ZnO NSs）两种半导体均匀混合的异质结（Mo,W:BVO/ZnO NSs）,扩大光生载流子的传输通道。ZnO NSs除了能够增加异质结中的电荷载流子密度之外,Mo,W:BVO与ZnO NSs之间较大的接触面积也会为电荷载流子增加传输通道。减小ZnO NSs尺寸会因进一步增大二者的接触面积而使这一效应更为明显。PEC测试表明,当ZnO NSs的平均尺寸为100 nm时,Mo,W:BVO/ZnO NSs的光电流密度最高可达2.5 m A/cm2。实验证明采用传统涂覆法获得的ZnO/Mo,W:BVO异质结其PEC性能远低于Mo,W:BVO/ZnO NSs,进而证明高电荷密度和大接触面积对光催化性能提升的重要性。综上所述,本论文通过构建空穴传输通道、化学键键合异质结及均匀混合异质结的一系列独特的实验方法,提高了铋基光阳极的光谱响应范围,促进了其光生载流子的分离效率,为探索稳定、高效的半导体光阳极提供了理论基础和实验基础,具有重要的科研价值和实际意义。