最近，卤化氧铋(BiOX, X=Cl, Br, I)作为一类新型半导体纳米材料，因其独特的微观结构和良好的光催化性能，引起了人们的极大关注。在过去的很长一段时间中，世界水处理领域的研究重点集中在某些优先控制的污染物上，如持久性有机污染物、农药、工业化学品及重金属等。随着科技手段的不断进步，药物和个人护理用品(Pharmaceutical and Personal CareProducts, PPCPs)的产量和用量日渐增多。PPCPs作为一类新兴污染物，成为环境生物领域研究的热点和难点之一。其中卡马西平(CBZ)作为该类污染物的典型代表，很难在污水处理工艺中被完全去除，导致环境水体中的CBZ呈显著持续性特征。CBZ残留不仅对环境和生态系统产生不良影响，还可以通过食物链富集作用，对人类的健康造成持久性的危害。因而，开发针对CBZ去除技术，将对预防大量CBZ进入环境有着重要的意义。BiOX的光催化特性，可以对水体中的环境污染物进行高效降解，且不会产生二次污染，在CBZ水处理中显示出巨大的应用前景。另一方面，随着BiOX研究和应用的日益广泛，其在环境中暴露的机会越来越多，BiOX的大量暴露是否会对环境造成威胁，从而造成健康与安全方面的问题？BiOX对生物系统结构和功能的影响将最终决定其实际应用价值。然而目前为止BiOX的生物效应方面的研究还处于空白阶段，因此开展BiOX生物效应研究尤为迫切。体外细胞培养方法可以对外源化合物进行快速有效的生物效应评价，并且在揭示化合物生物效应的产生及其影响因素、微观结构分子构效和毒性机理等方面具有明显的优势。因此，在细胞水平上研究BiOX与生命体的相互作用，探讨BiOX对生命体结构和功能的影响，将为BiOX生物安全性能评价提供重要的参考依据，对BiOX材料的可持续发展有着重要的意义。基于以上考虑，本文研究了BiOX半导体纳米材料在光催化降解CBZ中的应用，并以人类皮肤角质细胞(HaCaT)为模型，研究了其生物效应，主要分为以下五个方面：1.在超声辅助下，通过二乙二醇水热合成方法，在水热温度为120°C，水热反应时间为30min的条件下，制备出了具有分等级结构的BiOCl光催化剂。在模拟太阳光下该催化剂具有良好的光催化性能，光照150min后，对CBZ的降解率达到97%，其降解速率常数是商品TiO2(P25)的9.48倍。BiOCl优异的光催化活性可归因于其疏松的分等级结构、活性面{110}暴露以及表面羟基的存在。活性物种淬灭实验表明该BiOCl的光催化活性主要源于光生空穴(h+)、羟基自由基(OH)和超氧自由基负离子(O-2)。2.系统考察了BiOCl用量、CBZ初始浓度、溶液pH值及共存无机离子对光催化降解反应的影响，并采用高效液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱技术分析了BiOCl光催化降解CBZ的中间产物和降解途径。结果表明，光催化降解CBZ的最佳实验条件为wBiOCl=0.8g·L-1，pH=4，光催化效率随着CBZ浓度的降低而升高；共存阴离子(Cl、NO3和HCO3)对体系的影响不明显，而共存阳离子(Mg2+、Ca2+和Al3+)的存在普遍降低了BiOCl光催化反应速率。同时，降解途径表明BiOCl可有效降解CBZ，没有毒副产物的蓄积。3. BiOCl的研究和应用的增加可能对环境和人体健康带来不利的影响，但其毒理学资料仍然缺乏。我们应用HaCaT细胞，首次研究了BiOCl纳米片的生物效应。在BiOCl浓度达到0.5μg·mL-1没有观察到显著的毒性。然而在高浓度时，BiOCl通过诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞表现出浓度依赖的细胞毒性。通过流式细胞仪和透射电镜发现BiOCl可以进入细胞，并停留在溶酶体、线粒体、细胞核和囊泡中。DCF荧光测定和抗氧化剂N-乙酰基半胱氨酸(NAC)实验表明BiOCl的细胞毒性与细胞内活性氧的积累有关。4.我们应用HaCaT细胞首次比较了BiOBr纳米片和TiO2纳米颗粒在暴露24小时后的细胞毒性。结果表明，相比TiO2，BiOBr对细胞活性和亚细胞器结构的影响较小。BiOBr主要造成细胞的晚期凋亡，TiO2则是通过早期凋亡和晚期凋亡两种方式造成了细胞的死亡，从而造成了较为明显的细胞周期阻滞。TiO-12暴露量为10μg·mL时，细胞颗粒度相比BiOBr暴露增加了两倍；BiOBr和TiO2暴露均使细胞内活性氧增加，相比正常细胞，BiOBr和TiO2暴露组细胞内的ROS含量分别是对照组细胞的2倍和2.7倍。这种不同的细胞内摄量和活性氧聚集导致了二者不同的毒理学表现，使BiOBr显示出比TiO2更好的生物安全性。5.在对BiOCl生物效应的进一步研究中，我们发现BiOCl的形貌和表面性质对细胞毒性有着至关重要的作用，片状BiOCl主要以直接的物理接触的方式损伤细胞膜，而球状具有丰富表面羟基的BiOCl主要造成细胞氧化应激。这两种不同的细胞毒性机制均造成了细胞活性的下降，然而其死亡模式大不相同，前者主要为晚期凋亡；而后者造成了明显的线粒体膜电位(MMP)下降，细胞主要由于早期凋亡造成了细胞的死亡，并伴有少量晚期凋亡发生。对于BiOCl理化特性与细胞毒性之间关系的研究对于制备出更加安全有效的BiOCl光催化剂具有重要的指导意义。