随着全球经济与社会的持续高速发展以及人民生活水平的提高,生态环境污染引发的食品安全问题日益成为公众关注的焦点。在我国滥用抗生素致其生物耐药性传播而引发的食品安全隐患尤为严重。能有效利用太阳能的半导体光催化技术历经四十余年的努力在有机污染物无害化处理方面,尤其是抗生素污染处理方面展示出其他污染处理技术难以取代的优势。遗憾的是,目前光催化技术的应用依然受制于光吸收效率、载流子分离效率和载流子利用率三者综合影响的量子效率偏低问题。随着现代材料表征技术的发展和对光催化反应的认识加深,人们逐渐意识到以表面氧空位为代表的材料表面缺陷不仅可以一定范围内提高材料的光吸收和抑制材料的载流子复合,还可以作为桥梁有效促进载流子对目标物分子的活化作用。这对提高光催化反应的效率有着十分重要的意义。近年来,关于半导体光催化材料表面氧空位对吸附底物活化及其导致催化效率提高的文章多见报道。但这些文章大多关注材料引入氧空位后性能的差异,而关于如何有效实现材料可控构筑及稳定表面氧空位的研究尚少见报道。尽管尚处于起步阶段亦具有一定难度,但该研究对于更好利用氧空位实现材料光催化性能的进一步提高十分重要。Bi基材料作为一类新型光催化材料,因独特的电子结构、优良的可见光吸收和较强的氧化还原能力而备受关注;Bi基光催化材料易于调控的各向异性层状结构亦使其成为众多光催化研究的模型材料;更为重要的是Bi基材料中因Bi-O化学键较弱,可以通过软化学方法调控其氧空位产生。以上特点为在Bi基材料上开展氧空位研究提供了充足的便利条件。鉴于此,本文主要围绕Bi基材料氧空位的可控引入及其在光催化过程中的稳定开展了以下研究:1.在控制反应溶液pH值的条件下利用水热法分别合成了{001}和{010}晶面暴露的Bi2MoO6纳米片。在此基础上,以理论计算模拟指导实验的方法研究了 Bi2MoO6纳米片不同暴露晶面对其表面氧空位形成的影响。以十六烷基三甲基溴化铵为溴源,通过引入Br离子实现了{001}晶面暴露的Bi2MoO6纳米片氧空位浓度的有效调控和稳定,证明了引入氧空位导致增强的活化O2能力促进了Bi2MoO6纳米片对NO光催化去除和环丙沙星光催化降解的效率。2.以Br离子对Bi2Mo06纳米片氧空位影响的研究为基础,利用一步水热法合成了不同卤素处理的{001}晶面暴露Bi2MoO6纳米片。通过理论计算结合实验的手段,研究了相同条件下不同卤素对Bi2MoO6氧空位引入难易程度及产生浓度的影响。进一步,在确认Br离子对Bi2MoO6氧空位影响程度最大的基础上,以Br水热再处理不含氧空位Bi2MoO6的方法,在Bi2MoO6{001}晶面上构筑表面氧空位。比较了“二次处理”和“一锅法”对材料表面氧空位的作用。通过考察所获材料的可见光光催化固氮效率,验证了表面氧空位是材料具备良好光催化固氮及降解环丙沙星性能的关键。3.基于材料非晶化结构容易产生缺陷的理论,开发了一种简单的油胺辅助低温湿法化学合成Bi5O7Br方法。获得的Bi5O7Br具有形貌均一的超细纳米管结构,其较大的比表面积、稳定的纳米管结构和表面非晶化现象为光控氧空位的形成提供了有利条件。利用可见光控制Bi5O7Br表面氧空位的产生与恢复循环实现了材料可见光光催化固氮能力和光催化降解环丙沙星效率的提高,并通过同位素实验及原位红外技术研究了材料氧空位上的固氮反应过程。4.以油酸与油胺混合溶液溶剂热法,合成了碳掺杂超薄{001}晶面暴露的Bi2MoO6纳米片。在碳掺杂和超薄化的协同作用下对材料的能带位置和载流子传输能力进行调控,使碳掺杂超薄Bi2MoO6在保持光吸收的前提下,具备更强的氧化还原能力;缩短载流子传输距离的情况下,具备增强的内建电场。发现超薄化导致的表面非晶化和碳掺杂导致的键能减弱,使材料在光辐照下可原位产生表面氧空位。在能带位置、载流子传输和光控氧空位的综合作用下,材料获得了增强的O2活化能力并由此提高了材料的光催化NO去除和环丙沙星降解效率。