作为一种可以将太阳能高效转换为化学能的绿色且可持续的先进技术,光催化过程被认为在解决日益严重的全球能源和洁净水资源等环境问题上具有巨大的潜在优势和市场前景。本文主要从光催化过程涉及的两个重要主要组分,光敏化单元和催化活性单元为切入点,设计并合成几种稳定,低成本,光利用率高且具备高效电荷分离优势的新型功能性MOF基光催化剂,并研究揭示其结构功能和活性的关系。本论文的研究内容属于化学工程、无机化学、环境化学相互交叉的研究领域,具有重要的科学研究价值和实际意义。论文主要内容和成果如下:1.研究了柳叶状NH₂-MIL-68（In）在MWCNT骨架上的生成及对Cr（VI）的光催化还原增强作用机制。采用动态溶剂热法将具有电子传导优势的多壁碳纳米管（MWCNT）引入到NH₂-MIL-68（In）的前驱体溶液中,在MWCNT基底表面直接生长柳叶状MOF,制得系列新型复合改性材料MWCNT/NH₂-MIL-68（In）（PL-x）。引入MWCNT含量为4%左右的复合材料PL-1在紫外-可见光照射条件下对重金属离子Cr（VI）的还原动力学常数达到了母体NH₂-MIL-68（In）的三倍。这主要是由于MWCNT的引入:1)产生了新的介孔结构以促进Cr（VI）物种的吸附富集;2)作为引入的光敏中心在不降低导带位置的情况下增强了可见光的吸收;3)为电子迁移提供了一个新的平台,成功实现了光生电子-空穴对的高效分离和转移。2.研究构建了新型中空管状异质结构材料MWCNT@In₂S₃及其对四环素光催化降解的增强性能。利用MOF材料可衍生为中空纳米结构的特性,以MWCNT@MIL-68（In）为前驱体,通过硫化处理合成了具有独特中空管状结构的MWCNT@In₂S₃复合异质结催化剂。引入4.37%含量的MWCNT（CIn S-2）在120分钟内达到约100%的降解效率,其表观反应速率常数是纯MOF衍生的空心In₂S₃和传统In₂S₃半导体的3-5倍。该合成策略的成功归因于:1)中空管状结构减小了光生载流子从体相到表面的扩散距离,且加快载流子的迁移动力学;2)引入MWCNT作为电子受体,极大促进了电荷/空穴（e^-/h⁺）分离。3.设计和合成了集成非贵金属Cu^I基配合物光敏单元和分子催化位的MOF并研究其于高效光催化产氢和CO₂还原。以具有大孔径且可修饰位点的混合配体MOF（m PT-MOF）为主体,通过后修饰策略逐级将新型铜基光敏单元Cu-PSs和金属催化活性中心（分子Co或Re催化剂）锚定在MOF框架中。制备的m PT-Cu/Co在可见光下高效光驱动水分解产氢半反应的转化数TON值高达18700,而m PT-Cu/Re光催化还原CO₂至CO的转化数TON高达1328,与均相反应体系相比,均分别提高了近两个数量级。该合成策略充分利用了MOF框架的优势,不仅稳定了光敏单元Cu-PSs和金属配合物分子催化中心,而且利用了MOF中Cu-PSs和Co/Re催化剂之间周期有序的近距离空间排布,从而极大地促进多电子转移过程。4.研究了SBU锚定分子Fe^Ⅱ催化剂的MOF及其高效光催化产氢性能。通过后修饰的策略,在Zr₆-m PT MOF的配体上锚定Cu光敏中心和在SBU上负载金属催化活性Fe^Ⅱ中心（[Fe]）,构筑了双功能化Fe X@Zr₆-Cu MOF。其对光催化产氢展现出优异的活性和稳定性,TON高达33,700,且前6小时的TOF高达880 h^-1。MOF骨架的位点隔离作用一方面显著提高了催化活性位点和光敏中心的稳定性,另一方面,由于Cu-PS和[Fe]位点之间的近距离（～1 nm）空间排布,促进了电子转移效率的提升。另外,通过调节SBU上Fe位点的配位环境（即抗衡阴离子X^-）可以控制催化剂的产氢活性,具有相对较弱配位能力的阴离子可以显著提升催化剂的产氢性能。