工业经济的快速发展并伴随着人们对生活质量要求的提高，洁净的大气环境对于我们的身心健康至关重要。当前，大气污染物主要由颗粒污染物及气相污染物等构成。相对于颗粒污染物(PM2.5等)可以使用吸附法进行去除。但以挥发性有机化合物(VOCS)为代表的的气相混合污染物(100ppm以上)，如甲醛、甲苯、卤代烃等，成分复杂、降解困难，难以用简单的过滤阻截技术得以去除。VOCS污染大都来自于大型工业废气、机动车尾气的排放；其次还有小部分从建筑家具材料、涂料等所释放出的污染气体而来。近来，半导体光催化技术被视为一种可用于降解VOCS污染的绿色高效的方法。它能够将低密度的太阳能转化为高密度的化学能和电能，在温和条件下将甲醛、甲苯等有机污染物深度氧化为二氧化碳和水。
　　尽管，以TiO2类为代表的众多的宽带隙光催化剂在VOCS降解研究工作中取得了一些成果。但是，有些光催化剂极易因为氧化过程中出现的过量的反应中间体、二次毒副产物覆盖了表面的活性点位，而导致催化剂失活或稳定差的现象。然而光催化剂形成工业产业链，就必须提高其耐久使用的效率问题。因此，必须进一步研发具有更强氧化还原能力的，新型的宽带隙光催化剂来解决这一关键科学问题。本文主要从以下三种思路对不同的宽带隙光催化剂进行优化改性，从而提升其对VOCS污染物的光催化活性表现并探究其反应机理：
　　(1)单斜相磷酸铋(MBPO)和六方相磷酸铋(HBPO)具有不同畸变的PO4四面体和偶极矩，这种晶相效应会致使光催化剂的光生载流子的分离迁移效率提高，进而会影响光催化性能的表现。结合分析实验表征和理论计算结果，发现甲醛在MBPO界面上的氧化反应是依照甲醛→甲酸→碳酸→二氧化碳的路径进行。但在HBPO表面上氧化时出现了二次毒副产物一氧化碳，整体降解路径为甲醛→甲酸→一氧化碳→碳酸→二氧化碳。热力学计算结果也显示，甲醛在MBPO上全程的反应势能均低于HBPO，这说明降解过程中MBPO的活性自由基与反应中间体的氧化将会更流畅、目标矿化物二氧化碳的转化更高效，并同时抑制了一氧化碳的生成，提升了净化甲醛的光活性表现。
　　(2)通过氧缺陷(OV)的构建，能够在羟基氧化铟(InOOH)带隙中形成一个中间缺陷能级。这可降低光生电子跃迁到导带的能垒，加速光生电荷的转移，增强活性氧物种(·O2-，·OH)的生成与转化，极大地提高了光催化降解甲苯的效率。综合分析原位红外光谱和理论计算的数据，伴随着(InOOH)中氧缺陷浓度(OVS)的增加，更加有利于甲苯向苯甲酸选择性的转化；苯甲酸处的开环反应能垒也比甲苯，苯甲醇，苯甲醛的开环反应能垒更低，是反应过程的速率决速步骤。因此，氧缺陷浓度(OVS)不仅会调节苯甲酸处进行开环反应的效率，也会促进开环后不饱和长链烯醇向目标矿化物二氧化碳的转化。
　　(3)羟基自由基(·OH)被视为甲苯降解的主要活性自由基。羟基氧锑钙(Ca2Sb2O5(OH)2)光催化剂表面具有较多的羟基基团，可以和空穴反应生成大量的·OH自由基并参与甲苯的氧化过程。原位红外光谱发现，苯甲醛的进一步的氧化开环是Ca2Sb2O5(OH)2上反应过程的速率控制步骤，将会优化苯环开环的效率；反应过程没有环氧化物等毒副产物的累积，而终产物二氧化碳的峰强累积显著。由此说明，在Ca2Sb2O5(OH)2上实现了对甲苯开环反应路径的调控及阐明了其光催化反应机理。
　　上述研究内容为拓展光催化降解VOCS污染物的反应机理、提升反应中间体的活化效率，及控制有毒中间体的生成等方面提供了新的认识，也为宽带隙光催化剂最终走向实际应用提供了技术支持。