随着全球人口的快速增长和经济的加快发展,环境污染已成为人类生存的最大威胁。半导体光催化因其在环境净化中的重要应用引起了广泛关注。然而,半导体光催化的实际应用却受到两大瓶颈限制:低效率和狭窄的光响应范围。为克服两大瓶颈,本论文在深入分析光催化反应基本过程的基础上,以研制高效的可见光催化材料为目标,从电子结构和提高载流子分离迁移率的角度揭示获得高效可见光催化材料的可能途径。论文的主要内容包括:　　 (1)使用简便的水热法制备了新型可见光催化材料Bi2Sn2O7,研究了光催化性能与能带结构的关系。将具有孤电子对的Bi3+引入到锡酸盐的烧绿石结构中,形成了独特的能带结构:导带和价带同时含有s轨道杂化。S轨道因其球对称性及低的结合能,它的掺入往往能导致较小的带隙和较分散的能带,从而形成较轻的电子和空穴有效质量,有利于光生电子空穴的迁移,有利于光催化反应。同时,具有ns2孤电子对的Bi6s轨道与O2p轨道杂化在Bi2Sn2O7的价带顶形成s-p反键态,这种反键态具有较强的活性,进一步有利于光催化反应。漫反射谱(DRS)测定Bi2Sn2O7的带隙为2.59 eV。可见光条件下降解有机染料罗丹明B(RhB)实验显示Bi2Sn2O7具有较好的光催化活性。　　 (2)石墨烯具有高载流子迁移率、高比表面积、强吸附性及化学态的可控性等优点。光催化材料与石墨烯相结合会将石墨烯的这些优点引入光催化中。通过在氧化石墨烯存在的条件下原位合成了氧化石墨烯/Bi2WO6,再用乙二醇还原氧化石墨烯获得了石墨烯/Bi2WO6可见光催化材料。可见光下降解有机染料RhB实验显示石墨烯/Bi2WO6光催化材料具有显著增强的光催化活性。石墨烯/Bi2WO6光催化活性增强的主要原因可能是费米能级的负向迁移和高的光生电子空穴分离迁移率。石墨烯与Bi2WO6粒子之间的电子相互作用及电荷平衡导致了费米能级的负向迁移,从而产生强氧化性自由基,影响了光催化反应的活性。石墨烯超高的电荷迁移率可以迅速迁移光生电子,促进了电子空穴的分离,从而抑制光生电子空穴的复合。