经济的发展和人类的活动造成环境污染和能源危机,成为目前制约人类社会可持续发展的世界性难题。光催化因其可利用取之不尽用之不竭和清洁无污染的太阳能,被认为是解决环境和能源问题最具发展潜力的技术之一。而光催化技术的关键是开发高性能的光催化剂。Bi基复合氧化物光催化材料[主要包括钒酸铋（Bi VO₄）、钨酸铋（Bi₂WO₆）、钼酸铋（Bi₂Mo O₆）和卤氧化铋（Bi OCl、Bi OBr和Bi OI）]因具有强的可见光响应能力和可调控的能带结构而成为研究的热点课题。然而,此类材料普遍存在光生载流子易复合和较低的导带位置等问题,限制了其进一步的发展和应用。为克服以上缺点,改善光催化性能,本学位论文主要围绕Bi VO₄、Bi₂WO₆和Bi₂Mo O₆三种光催化材料,采用形貌调控、表面修饰和异质结构建的策略对其进行改性。一方面将水中的酚类有机污染物（如苯酚和4-硝基苯酚）完全氧化为CO₂和H₂O,另一方面将低价值和来源广泛的有机物（如苯甲醇和甲苯）选择氧化为高附加值的苯甲醛。利用光谱和光电表征技术揭示物化性质与光催化性能之间的关系,通过活性物种捕获和测定实验探讨光催化反应机理。取得主要研究结果:（1）采用PMMA硬模板法和等体积浸渍法分别制备了3DOM Bi VO₄及其负载的Fe₂O₃（x Fe₂O₃/3DOM Bi VO₄）催化剂。单斜3DOM Bi VO₄具有三维有序孔道结构,Fe₂O₃均匀分布在其表面。x Fe₂O₃/3DOM Bi VO₄显示出比3DOM Bi VO₄更好的光催化活性,其中0.97 Fe₂O₃/3DOM Bi VO₄对4-硝基苯酚显示出最好的光催化活性:在0.6 m L H₂O₂存在下,当可见光照射30 min时,4-硝基苯酚转化率达到98%。机理研究表明,H₂O₂在该反应过程中是必不可少的,光生电子与H₂O₂反应产生的羟基自由基是主要的活性物种。0.97Fe₂O₃/3DOM Bi VO₄具有优异的光催化活性归因于其独特的孔结构、高的比表面积、Fe₂O₃和Bi VO₄之间形成的异质结、强的光捕获能力、高的吸附氧浓度、光生电荷的有效分离及光芬顿降解过程。（2）采用P123辅助的水热法和PVA保护的硼氢化钠还原法分别制备了树叶状Bi VO₄及其负载Co、Pd及双金属Co-Pd催化剂y Co_xPd/Bi VO₄。平均粒径为4-6 nm的Co-Pd粒子均匀分散在Bi VO₄表面。y Co_xPd/Bi VO₄显示出比Bi VO₄、0.058Co/Bi VO₄和0.083Pd/Bi VO₄更好的光催化活性,其中0.062Co_1.70Pd/Bi VO₄具有最高的光催化活性:在苯酚初始浓度为0.2 mmol/L和可见光照射3 h时,苯酚转化率达到90%。研究发现,Co的引入可有效地稳定Pd⁰,表面Pd⁰含量增加,O₂分子的活化能力增强。活性物种捕获实验表明,光生空穴和超氧自由基在苯酚降解反应中起到重要作用。在经过15 h的3次循环实验后,0.062Co_1.70Pd/Bi VO₄的部分失活是由于表面吸附氧浓度的下降。总之,0.062Co1.70Pd/Bi VO₄具有优异的光催化性能与高活性超氧自由基的产生和光生载流子的有效分离相关。（3）采用PMMA硬模板法、乙二醇还原法和热处理法制备了3DOM Bi VO₄及其负载的Ru（x Ru/3DOM Bi VO₄）催化剂。其中0.95Ru/3DOM Bi VO₄-Ar-300催化剂在可见光照射下对苯甲醇氧化显示出最好的光催化性能:当反应8 h后,苯甲醇转化率达到78%、苯甲醛生成速率达到1380μmol/（g h）和苯甲醛选择性为100%,而且在4次循环实验后该催化剂保持优良的稳定性。基于活性物种捕获和自由基检测实验结果,可认为超氧自由基在苯甲醛的选择性氧化中起到决定性作用。0.95Ru/3DOM Bi VO₄-Ar-300的优异光催化性能归因于Ru纳米粒子的高分散和氧空位的形成。负载的Ru纳米粒子提高了光生电子和空穴的分离效率,氧空位则有利于O₂分子的活化。（4）采用CTAB辅助的水热法合成了Bi₂W_xMo_1-xO₆固溶体光催化剂。Bi₂W_0.3Mo_0.7O₆对甲苯选择氧化表现出最好的光催化性能:在可见光照射5 h后,甲苯转化率为1.46%,苯甲醛选择性为91%,苯甲醛生成速率为1663μmol/（g h）,且该光催化剂在4次循环稳定性测试中具有良好的光催化稳定性。研究结果表明,薄的纳米片有利于光生电荷的有效分离,但光催化剂的比表面积、带隙能及光生电子和空穴的还原和氧化电势也是影响光催化活性的重要因素。Bi₂W_0.3Mo_0.7O₆具有最高的光催化活性是光生电荷分离效率、可见光响应能力和氧化还原电势平衡的结果。活性物种捕获实验结果表明,光生空穴和碳自由基在甲苯选择氧化过程中起到决定性作用。