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光催化技术是一种绿色环保具有广阔应用前景的能源转换技术。近几年来,在难降解污染物的处理方面得到了广泛的研究。该技术的核心是光催化剂。量子效率低和对太阳能的光响应范围窄是大多数光催化剂所面临的两大问题。因此制备具有高效性、高稳定性和可见光诱导性能的新型光催化剂一直是广大科研工作者努力的目标。本文设计并成功制备了几种具有优良可见光响应的3D分级钴基异质结催化剂,并用于可见光催化处理是水中的污染物。同时,还系统的探究其增强的光催化反应机理。成功制备了3D多孔的MS-CoMn2O4/CF异质结可见光催化剂,该异质结催化剂展现了优良的可见光响应性能,其中以废旧报纸作为碳源。并将其作为一种新型的可见光催化剂,用于光催化降解水体中的四环素（TC）和亚甲基蓝（MB）。该异质结催化剂体系展现了优良的双功能性,不仅能够快速的光催化氧化TC和MB,而且对它们还展现了较高的吸附容量。可见光照射120 min内,其对TC和MB的总的去除率分别达到了90.0%和92.9%。可重复性分析实验结果表明,3D多孔的MS-CoMn2O4/CF异质结可见光催化剂易于通过外磁场加以回收。经过5次循环使用后,该催化剂还仍表现出优异的稳定性。详细讨论了光催化活性加强的可能机理,3D多孔的MS-CoMn2O4/CF异质结可见光催化剂之所以具有增强的吸附能力和光催化性能主要是由于在异质结体系中引入了纤维素（CF）支撑体,CF可以作为光生电子的捕获中心,提高光生电子-空穴的分离效率。更重要的是引入CF有利于有机污染物的富集、增大材料的比表面积,这些特点将为光催化反应的顺利进行提供了一个有利的平台,从而进一步提高3D多孔的MS-CoMn2O4/CF异质结可见光催化剂的降解效率。设计并成功的制备了3D中空多孔的Co2SnO4-SnO2/石墨碳（Co2SnO4-SnO2/GC）纳米立方体异质结催化剂材料,其中使用回收的餐巾纸作为碳源。该方法通过煅烧CoSnO3前驱体原位生成Co2SnO4和SnO2,确保了在Co2SnO4、SnO2和GC三者之间形成紧密的接触界面。因此,所制备的3D中空多孔的Co2SnO4-SnO2/GC异质结催化剂展现了卓越的双功能催化行为,即在可见光照射下对金霉素（CTC）/四环素（TC）具有较高的光催化降解效率也对对硝基苯（p-NP）呈现较好的催化还原性能。实验结果表明,经过80 min可见光照射,3D中空多孔的Co2SnO4-SnO2/GC异质结催化剂对CTC/TC的降解效率分别达到了83.0%和80.0%;在NaBH4存在的条件下,经过10 min,其对p-NP的还原效率几乎到达了100%。此外,由于具有石墨碳保护层,经过4次以上循环后3D中空多孔的Co2SnO4-SnO2/GC仍保留了较高的活性和稳定性。详细探究了双功能催化反应的可能机理,即多重的异质结结构特点和各结点之间的协同作用,有利于载流子的生成和抑制电子-空穴对的重组,这些特征对其催化活性的提高是有利的。设计并成功的合成了3D多孔双层壳的Cu2O@CuCo2O4中空微球Z型异质结催化剂（PDS-Cu2O@CuCo2O4-HS）。该催化剂是由内部中空CuCo2O4-HS和外部Cu2O纳米粒子层组成。在室温条件下,通过溶液反应在CuCo2O4-HS外表面生长Cu2O纳米粒子,形成了双层壳结构,使该催化剂体系具有均匀的异质结界面和较大的表面积。3D多孔双层壳中空结构可以利用光在球体空腔内的多次反射,提高其对可见光的利用效率;而且通过自发性Z型系统的构建,不仅有效分离光生载流子,而且确保了该催化剂具有较高的光催化氧化还原性能。将其用于光催化降解水体中的金霉素（CTC）和光催化还原硝基苯（NB）,在模拟太阳光的照射下,3D多孔双层壳的Cu2O@CuCo2O4中空微球Z型异质结催化剂对CTC的氧化和硝NB的还原展现了较高的光催化性能。对CTC的降解率和对NB的还原效率分别为87.0%和79.0%。更重要的是由于存在协同光催化效应,在相同条件下,用于光催化处理NB/CTC的混合体系时,光催化CTC的降解（97.8%）和NB的还原效率（95.0%）进一步提高。同时系统的讨论了协同光催化的机理。成功合成了新型3D万寿菊花状分级结构的CoO@MnCo2O4 p-n异质结可见光催化剂,其中将CoO纳米颗粒（NPs）锚定在了MnCo2O4花上。这种策略集中设计形成具有匹配能带的p-n异质结构。在CoO@MnCo2O4异质结体系中,CoO纳米粒子紧紧附着在分级MnCo2O4微米花的表面,花状的MnCo2O4作为支架,来分散CoO纳米粒子。独特的3D花形的分级结构不仅增加了催化剂的比表面积、提供了充足的活性位点和提高了对太阳光的捕获能力,而且明显的降低了CoO纳米粒子的团聚。在模拟太阳光的照射下,所制备的3D万寿菊花状分级结构的CoO@MnCo2O4 p-n异质结可见光催化剂不仅对TC（光催化率大约为86.0%）的光催化降解展现了卓越的光催化性能,而且Cr（Ⅵ）（光催化率为91.9%）的还原也表现出了优异的光催化还原性能。与此同时,该催化剂还可用于处理含有TC和Cr（Ⅵ）的混合溶液,并且也展现了相对加强的光催化活性,对二者的光催化率分别达到了94.0%和96.1%。进一步加强的光催化性能是由于h+和e-分别发挥了各自作用完成光催化氧化和光催化还原反应。文中也详细讨论了p-n异质结体系可能的光催化机理。