半导体光催化技术是一种有前途的方式,能有效地转化太阳能解决加剧的能源短缺和水污染问题,其中,最关键的技术就是开发和利用环保、高效的半导体光催化剂。因此,设计和构建新型、环保的光催化剂将成为解决环境水污染问题的重要研究方向。基于Ta基半导体（Ta₂O₅、Ta₃N₅）丰富的电子结构、良好的物理化学特性和光催化性能等,在光催化领域有很好的应用前景。然而,Ta基半导体的带隙宽、不稳定、光吸收能力差等自身缺陷限制了其光催化性能,无法广泛应用到实际中。因而,本论文旨提高Ta基单体光催化材料的催化性能及其在可见光下的应用,主要设想对Ta基光催化剂（Ta₂O₅、Ta₃N₅）与其他带隙匹配的半导体复合,研究Ta基材料与其它半导体的复合界面和协同效应,并系统地评价复合物降解水体污染物的催化活性和稳定性,探讨该Ta基复合光催化剂的界面电荷传输机理和光催化污染物的降解机制。本论文主要的研究内容和结果如下:（1）首次通过简便的超声分散法成功合成了无定型Ta₂O₅/g-C₃N₄纳米片,结构测试表明无定型的Ta₂O₅均匀分散在g-C₃N₄表面上,从而形成紧密接触的界面。在可见光照射下,相对于无定型Ta₂O₅和g-C₃N₄单体,无定型Ta₂O₅/g-C₃N₄复合物在催化降解RhB时展现了较高的光催化活性。当无定型Ta₂O₅质量比为3%时,Ta₂O₅/g-C₃N₄复合光催化剂拥有最佳的光催化活性（99.14%）,降解速率常数是2.0055 h-1,分别是单体Ta₂O₅和g-C₃N₄的6.2和14.9倍。光催化循环实验表明:复合光催化剂具有较高的光稳定性,因而该Ta基复合样品是良好的可重复使用性的。更有趣地是,无定型Ta₂O₅/g-C₃N₄纳米片杂化物的活性更优异于晶型Ta₂O₅/g-C₃N₄。复合光催剂光催化活性的大大提高主要归因于协同效应,包括高比表面积、增强的可见光吸收、有效的界面电荷转移和降低的电荷重组率。在捕获结果的基础上试探性地提出了合理的可见光降解机理。（2）采用简单浸渍法合成新型的Ta₃N₅/g-C₃N₄金属/非金属氮化杂化物,以罗丹明B（RhB）为目标污染物,在可见光下对该杂化物光催化活性的评价,结果显示:Ta₃N₅/g-C₃N₄材料的光催化活性远远高于单体g-C₃N₄的催化活性。当Ta₃N₅与g-C₃N₄质量比为0.02:1时,Ta₃N₅/g-C₃N₄杂化样品拥有最高的光催化效率,其降解速率常数是g-C₃N₄的2.71倍。Ta₃N₅/g-C₃N₄金属/非金属氮化杂化物性能提高主要可归因于Ta₃N₅和g-C₃N₄间的协同作用,拓宽了可见光吸收的范围,提高光生电子和空穴的有效分离速率。另外,该杂化氮化物展现了优异的光稳定性和可重复利用性。自由捕获实验表明光生h+和·OH是无定型Ta₂O₅/g-C₃N₄复合物光催化降解反应中的主要活性物质。（3）通过简单的水热法成功合成了新型Z型Ta₃N₅纳米粒子/锐钛矿TiO₂空心球复合光催化剂。详细研究了Ta₃N₅/TiO₂空心球复合物的形态、光学和光催化特性。有趣的是,当Ta₃N₅纳米粒子和TiO₂空心球耦合,明显拓宽了太阳光的响应范围,提高了降解左氧氟沙星（LEV）的光催化活性。特别地,和单体空心球TiO₂的活性（79.18%）相比,3-Ta₃N₅/TiO₂复合材料不仅拥有稳定、可回收利用的特性,还具有高的LEV光降解活性（97.12%）,这可能是因为两者的协同效应,介孔表面和有效的电荷传输性能所致。根据捕获实验和光电流分析,提出了的Z型半导体降解机理。