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能源危机与环境污染已成为当今世界亟待解决的两大重要问题,而半导体光催化技术有望成为解决这两大问题的最有效手段之一。近年来,设计开发新型高效的可见光响应型半导体光催化剂是光催化领域的研究热点。铁酸铋（BiFeO3,简写为BFO）具有合适的能带带隙、良好的可见光响应性质和光电特性以及化学稳定性,表现出较好的可见光光催化活性,被认为是一种具有潜在应用前景的可见光光催化剂。然而,BFO本身的载流子迁移率低、光生电荷容易复合,导致光量子利用率低等问题,严重制约其在光催化领域的实用性。为了进一步提高BFO光催化性能,本文尝试通过金属离子掺杂的方式对BFO半导体材料进行改性,探索研究不同金属离子掺杂对BFO结构形貌和光催化性能的影响,揭示金属离子掺杂BFO光催化剂的反应机理。本论文主要研究工作包括:1.BiFeO3纳米颗粒的制备及其光催化性能以金属硝酸盐为前驱体、酒石酸为螯合剂,采用溶胶凝胶法制备获得BFO纳米颗粒;通过XRD,TEM,SEM,UV-vis等测试手段对产物BFO的形貌与结构进行表征,以罗丹明B（RhB）有色染料作为评价BFO的光催化性能。结果表明,制备的BFO为菱形钙钛矿晶相结构,颗粒尺寸约为150 nm;能带宽度约为2.2 eV,具有良好的可见光谱响应;可见光照射4.5小时,RhB光催化降解效率仅为24%,光催化效率不高。2.Gd掺杂BiFeO3光催化剂制备及其光催化性能在BFO前驱体溶液中引入不同摩尔含量的硝酸钆（Gd（NO3）3）,通过溶胶凝胶法制备获得不同Gd离子掺杂浓度的Gd掺杂BFO光催化剂,分别标记为Gd1%-BFO,Gd3%-BFO,Gd5%-BFO。结果表明,Gd元素的掺杂并未改变BFO的晶相结构,且掺杂之后的样品与BFO比较在某一特征衍射峰的晶面（104）与（110）有着明显偏移;颗粒尺寸降低约为80 nm;相对于纯相BFO,所有Gd掺杂BFO的样品具有较好的可见光光谱响应性能和光催化活性,其中Gd3%-BFO降解RhB效率最好,约为纯相BFO的2.55倍。光电化学测试与捕获实验进一步阐释了Gd掺杂BFO光催化性能提高的机理,我们认为,Gd离子在BFO半导体内部形成浅捕获阱,可以有效地捕获光生电子,抑制电子空穴的复合,提高了光生载流子的利用率,从而有效地提高了Gd掺杂BFO的光催化活性。3.Zr掺杂BiFeO3光催化剂制备及其光催化性能在BFO前驱体溶液中加入一定摩尔含量的硝酸锆（Zr（NO3）4）,通过溶胶凝胶法制备不同掺杂浓度的Zr掺杂BFO样品,分别为Zr1%-BFO,Zr2%-BFO和Zr3%-BFO。结果表明,Zr掺杂BFO样品晶相结构并未改变,但晶面（104）和（110）对应的衍射峰随着掺杂含量的增加发生偏移;Zr掺杂BFO样品颗粒尺寸要小于纯相BFO颗粒,且Zr元素比较均匀地分布在BFO晶相结构中;Zr元素掺杂BFO样品带隙比纯相BFO的带隙稍有增加,导致光谱吸收性能略有降低,但更有利于光生载流子的迁移;Zr2%-BFO样品的光催化性能最好（光催化降解甲基橙效率约为纯相BFO的3倍,光催化还原重金属Cr（VI）离子的效率约为纯相BFO的2倍）。结合光电化学测试技术与光催化捕获实验,分析光催化性能提高的机理,认为是不平等价位的离子掺杂引入了一定的氧空位,可以有效地捕获光生电子,抑制电子空穴的复合,促进了光生载流子的分离,同时氧空位可以与吸附的氧气形成超氧自由基活性位点,显著提高了光催化反应活性。