据报道,随着社会化学工业的发展,空气、土壤和水资源都受到了严重的污染,尤其是水资源的污染给人们的生活和健康带来威胁。光催化技术因其可以直接利用太阳能、绿色无污染、催化效率高等特性,已经成为有效处理污水的新途径。目前,开发并常用的光催化剂有Ti O₂、Zn O等,然而,因为采用的光源是仅占太阳光3-5%的紫外光,这一条件限制了催化剂在光催化领域的实际应用。因此,研究并开发对可见光响应的半导体催化剂和提高其对太阳光的利用率仍然是个挑战。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其具有稳定的光电化学性质、合适的带隙以及可以对可见光响应等特性,使其具有较好的光催化性能。然而,g-C₃N₄作为粉体半导体催化剂容易发生团聚、沉积,对可见光的吸收率较低,并且其产生的光生电子-空穴对也容易发生复合,这些问题阻碍了g-C₃N₄的发展和应用。因此,本文通过构建异质结复合材料、导电介质的引入以及元素掺杂等手段提高其催化性能,并进一步考察其光催化降解路径和反应原理。为了改进单一半导体催化剂g-C₃N₄的催化性能,本文首先采用煅烧-沉积法制备了g-C₃N₄/Ag₃PO₄异质结复合材料,并通过添加H₂O₂的方式,成功的构建了新型的g-C₃N₄/Ag₃PO₄-H₂O₂催化体系。其次,在反应体系中以H₂O₂作为牺牲剂抑制Ag₃PO₄的光刻蚀现象,从而保护Ag₃PO₄的结构稳定。研究表明,g-C₃N₄/Ag₃PO₄异质结的构建可以增大其对可见光的响应范围;g-C₃N₄和Ag₃PO₄界面紧密到的联系可以提高光生电子-空穴对可以有效分离,促进其光催化活性。此外,通过自由基捕获实验研究光催化降解反应中起主导作用活性组分,并进一步提出了g-C₃N₄/Ag₃PO₄-H₂O₂可能的光催化反应机理。通过原位煅烧和物理沉积的方法制备了一种新型的g-C₃N₄/WO₃/NCDs Z型异质结催化剂。研究表明:NCDs的引入和g-C₃N₄/WO₃Z型异质结的构建可以显著提高可见光的利用率;其次,NCDs作为导电介质,有助于光生电荷的迁移,降低了光生电子-空穴对复合率,使g-C₃N₄/WO₃/NCDs的催化活性得到了优化。循环实验和实验前后XRD衍射峰验证了g-C₃N₄/WO₃/NCDs结构的稳定性。另外,借助自由基捕获实验考察了光催化降解过程中的活性成分,随后,提出并讨论了g-C₃N₄/WO₃/NCDs的界面上光生电荷的迁移路径。对g-C₃N₄/WO₃/NCDs Z型异质结的研究表明,NCDs作为导电介质可以进一步促进异质结复合材料的催化性能。为了探究NCDs在催化剂设计中起到的作用,采用煅烧法和水热法相结合的方式构建新型的g-C₃N₄/Bi₂WO₆/NCDs Z型复合材料。研究表明如下:i)g-C₃N₄/Bi₂WO₆异质结的构建和NCDs的引入可以促进催化剂g-C₃N₄/Bi₂WO₆/NCDs对可见光利用效率;ii)由于NCDs优异的导电能力,g-C₃N₄/Bi₂WO₆/NCDs复合材料中的光生载流子的迁移和分离效率也得到了进一步增强;iii)因为NCDs可以作为电子的受体和供体,因此,可以促进催化剂界面电子和空穴的催化反应,进而增强催化剂的氧化还原能力;上述三个因素共同促进了g-C₃N₄/Bi₂WO₆/NCDs的催化活性。同时,通过光催化循环实验以及循环实验前后催化剂的XRD特征衍射峰评估了g-C₃N₄/Bi₂WO₆/NCDs的结构稳定性。另外,通过自由基捕获实验研究了光催化反应过程中主要的活性物质。随后,提出并讨论了g-C₃N₄/Bi₂WO₆/NCDs可能的光催化机理以系统的理解其增强的光催化活性。