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碳化硅是碳-硅键合的Ⅳ-Ⅳ族半导体,具有优异的物理性质,已被广泛应用于制造高温、高压和高频等极端条件下的半导体器件。此外,由于碳化硅具有非常高的化学惰性,因此常被用于催化和催化剂的载体。本文选择立方相碳化硅(3C-SiC)作为主要研究对象,设计、制备了具有高催化活性的与3C-SiC相关的新型复合光催化材料,并对其纳米结构及复合物的催化性能进行了深入、系统的研究,获得的主要结果如下：1、以微米级商用大颗粒3C-SiC为前驱物,使用硝酸与氢氟酸对其进行化学腐蚀并超声剥离,制备出平均粒径在2-7nm之间的近圆形3C-SiC纳米颗粒。这些纳米颗粒具有良好的发光性质,发光峰位在400-600 nm范围,且随激发波长增大而红移。根据傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等谱学检测手段对3C-SiC纳米颗粒进行分析研究,发现所制备的SiC纳米颗粒表面有大量的Si-OH键。理论计算和实验均表明,这是由于3C-SiC在纳米尺度时,颗粒表面的Si-Si二聚物能够有效地解离水分子,形成Si终端的Si-H和Si-OH键,这些-OH键捕获光生空穴后,能够形成具有高氧化活性的羟基自由基(OH·),从而提高复合反应体系的降解能力。2、TiO2半导体材料具有很高的催化活性,并且相对廉价,无毒无害,化学稳定性高,是一种理想的光催化材料。但由于TiO2能隙较大(锐钛矿相约3.2eV),只有约占太阳光5%的紫外光部分才能激发,光响应范围较窄,限制了其实际应用。我们通过改进相关实验方法,在阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列中均匀地涂覆上3C-SiC纳米颗粒,经过退火后,制备出3C-SiC与TiO2复合材料。复合材料的降解效率明显高于单纯的TiO2纳米管阵列,通过对比实验研究,我们认为除3C-SiC与TiO2之间良好的能带匹配外,在SiC与TiO2之间还形成了大量的p-n结,这些p-n结能够有效地分离光生电子和空穴,而且复合物中3C-SiC纳米颗粒的自催化性能也能够提供更多的-OH,从而提高光催化活性。3、ZnS是宽禁带、具有多种晶体形态的直接带隙半导体,在光电以及催化等方面有重要的应用。我们利用3C-SiC与ZnS的能带特点,设计并制备了3C-SiC/ZnS复合光催化材料,有效地拓展ZnS的光响应范围,增强其光催化活性。我们研究了ZnS与3C-SiC的自组装生长行为,并提出了其生长模型和机理,由于化学腐蚀法制备的3C-SiC纳米颗粒表面具有丰富的化学基团,这些基团能够与L-半胱氨酸的硫醇键和Zn2+所生成的络合物(Cys/Zn)结合,在随后的水热过程中,生长成为ZnS与SiC纳米复合物。光电化学测试显示,ZnS为n型,而3C-SiC为p型,因此两者的密切接触形成了p-n结,能够有效驱动光生电子和空穴的分离。3C-SiC/ZnS复合材料与单纯的ZnS相比,其光催化活性大大提高。本方法材料制备方便,能耗低,可以推广到其它3C-SiC基复合催化材料的生长。