光催化技术被认为是一项极具前景的废水处理技术,具有设备装置简便、反应条件温和、操作方法简单等优点。近年来,溴氧化铋(BiOBr)作为一种新型窄带隙可见光催化剂,弥补了传统二氧化钛不能响应可见光的缺陷,受到研究者的广泛关注。然而,光催化效率不高的问题仍限制着窄带隙半导体光催化剂的发展和应用,其中最主要的原因在于光催化剂中的光生载流子(光生电子和空穴)极易复合。为此,若要加快光催化技术在废水处理领域中的发展步伐,势必要提升催化剂中光生载流子的分离效率。本研究从微观催化剂调控和宏观外电场构建两方面入手,制备了基于溴氧化铋的粉末催化剂及光阳极,旨在探索提升BiOBr光生载流子分离效率和催化活性的有效办法。微观催化剂调控方面,选取水热pH为调控手段,阐述了 pH对BiOBr粉末催化剂的理化性质、载流子分离效率和催化活性的影响,并探究其影响机制。宏观外电场构建方面,先是利用粉末负载法将微观调控中活性最佳的BiOBr粉末制成光阳极,后又利用原位合成法在导电基体上直接制备BiOBr光阳极,分别考察了由两种光阳极构建的光催化燃料电池(PFC)的性能,分析了光催化燃料电池中光生载流子的分离效率以及电池的工作机制。主要研究结论如下:1、水热pH调控对BiOBr的光催化性能的影响研究。水热pH对BiOBr的形貌结构有调控作用,H+浓度的改变影响了晶面暴露和晶核成核作用,使BiOBr在中性条件下具有较小的纳米片尺寸和较松散的花状结构。BOB-7具有最佳的催化活性,对RhB和BPA的降解动力学常数分别是BOB-1、BOB-3和BOB-5的3.16、1.91、1.31倍和2.91、1.87和1.47倍。这是因为纳米片尺寸的减小有利于电荷转移,提高了光生载流子的分离效率,从而提升了催化活性。机理分析表明空穴是光催化降解反应中的主要活性物质。2、粉末负载型BiOBr光阳极的光电催化性能研究。粉末负载比例为70%时,BiOBr/AlOOH/TNAs光阳极有最佳的催化活性,除催化剂的形貌受AlOOH影响以外,其它理化性质与BiOBr粉末一致。基于该光阳极构建的PFC对RhB的降解动力学常数由开路状态的0.436 h-1提升至闭路状态的0.562 h-1,同时产生6.11μA/cm2的短路电流密度和0.92 μW/cm2的最大输出功率密度,说明光生电子可以从阳极转移至阴极实现与空穴的分离,空穴则在阳极一侧氧化降解污染物底物。3、原位合成型BiOBr光阳极的光电催化性能研究。SILAR循环次数为15时,BiOBr/TNAs光阳极达到最佳的催化活性。基于该光阳极构建的PFC同样提升了 RhB的降解速率,动力学常数由开路状态的0.897 h-1提升至闭路状态的1.271 h-1,电池的短路电流密度和最大输出功率密度分别为19.94μA/cm2和3.01μW/cm2。该电池的降解和产电性能是上一章中的电池的2.26倍和3.27倍,这是因为原位合成型电极具有更高的光生载流子分离效率。空穴是降解RhB的主要活性物质,电子在阴极参与还原反应,增加氧气和底物的浓度可以分别加快电子和空穴的消耗,从而提升载流子分离效率。