太阳能是如今全球快速发展之后尤为受到重视的可持续能源。通过半导体材料利用光能进行催化转化是目前应对当前环境危机最有前景的手段之一。半导体光催化材料经过多年的发展，已经不仅仅局限于无机材料领域，对于有机催化材料的研究兴趣也愈发浓烈。有机半导体催化材料，例如卟啉、酞菁染料、富勒烯、苝系衍生物以及石墨相碳氮化合物(g-C3N4)等等，它们出色的半导体行为、热稳定性以及自组装成有序的纳米结构的特性使它们受到了更多的关注。苝酰亚胺(PDI)作为一种典型的苝系衍生物，其带隙值约为1.7eV，是一种典型的n型可见光响应光催化剂，并且其优异的物理化学性能，使其具有优异的光催化性能。但是对于单一的PDI分子来说，其仍然还存在许多问题，目前，对于PDI分子性能提升的研究有很多，其中主要包括基团改性，利用自组装特性形成超分子，添加助催化剂和构筑异质结等。本工作根据已有成果和当下热点研究了降解过程中构筑Z-型WO3@Cu@PDI超分子异质结对降解效率影响、构建n-n型CeO2-PDI超分子异质结对光生载流子分离效率的影响。主要研究如下：
　　(1)Z-型WO3@Cu@PDI超分子异质结的构筑及其降解性能提升研究。本研究工作首先利用光沉积法制备了WO3@Cu，再利用PDI的自组装特性，制备了WO3@Cu@PDI超分子异质结。实验表明WO3@Cu@PDI超分子具有出色的光吸收能力和光催化降解活性。可见光条件下，最优化WO3@Cu@PDI超分子对于四环素溶液的降解效率是PDI超分子的5倍，WO3的40倍。同时本研究采用XPS、XRD、SEM、TEM、PL、DRS、FTIR、EIS和ESR等物理化学以及电学表征研究催化剂的催化性能。光学和电化学表征都证明了复合材料具有最强的光生载流子分离效率以及低的电子传递阻力，这表明了光生载流子的迁移速率和分离效率的提升。同时，通过牺牲剂实验和ESR表征，证实了Z-型体系中的电子传输路径，揭露了Z-型异质结的形成对于电子空穴分离的增强。
　　(2)本研究利用PDI超分子的自组装特性制备了n-n型异质结CeO2-PDI超分子异质结并详细探究了其光催化降解活性提升的原因。通过异质结的构筑，在两者之间形成特定的内建电场，形成特定的电子传输通道，从而有效加快了电子空穴的转移，从而抑制了光生载流子的重新复合。由于复合材料高的电子空穴分离效率，该催化剂光催化降解速率是纯PDI超分子的5.8倍，纯CeO2的11.7倍，并且具有极强的稳定性(反复反应3次之后，仍然保持80%以上的催化活性)。同时，本实验通过对材料进行XRD、SEM、TEM、XPS、PL、DRS、EIS、光电流和莫特-肖特基曲线等表征对催化剂光催化性能提升原因进行了探究。结果表明，该n-n型异质结结构能够能极大提升光催化降解效率的主要原因是因为异质结中形成的内建电场一定程度上加快了材料受光激发产生的电子空穴的迁移，有效的提升其光生电子空穴对的分离效率，从而能够有效使光生载流子迁移至复合材料的表面，进而有效的增强复合材料的光催化效率。