一类高效太阳能光催化剂卤氧铋的分子构效和作用本质研究

太阳能光催化技术是处理环境中有毒有机污染物的理想方法。但通常使用的光催化剂TiO2只能吸收波长≤387nm的紫外光，这就限制了它在实际中的广泛应用。最近研究发现，BiOX(X=Cl,Br,I)类催化剂具有较高的光催化活性，且制备方法简单易行，但卤氧铋的分子构效和作用本质尚不清晰。本研究旨在制备带隙适配太阳光谱的从而可同时利用紫外可见光的BiOCl-BiOBr-BiOI复合光催化剂，依据所设计的BiOX(X=Cl,Br,I)组成和复合物之间结构层次，采用活性测试、量化计算和现代光谱表征相结合，重点研究复合光催化剂的带隙位置、能带结构、分子特性、表面态、X离子迁移特性，探讨微观分子构效与宏观光催化活性的依赖关系和变化规律，阐明太阳能光催化作用机理，深入了解光催化过程强化途径，进而考察过程工程因素、宏观动力学因素对其降解性能的影响，优化操作参数，为太阳能光催化高级氧化技术的实用化提供理论依据。

太阳能光催化技术是处理环境中有毒有机污染物的理想方法。但通常使用的光催化剂TiO2只能吸收波长≤387 nm的紫外光，这就限制了它在实际中的广泛应用。而BiOX(X=Cl, Br, I)类催化剂具有较高的光催化活性，本研究旨在制备带隙适配太阳光谱的从而可同时利用紫外可见光的BiOCl-BiOBr-BiOI复合光催化剂体系，依据所设计的BiOX(X=Cl,Br,I)组成和复合物之间结构层次，采用活性测试、量化计算和现代光谱表征相结合，重点研究了复合光催化剂的带隙值、能带结构、分子特性、表面态、X离子迁移特性，探讨了微观分子构效与宏观光催化活性的依赖关系和变化规律，研究表明：(1) BiOX(X=Cl, Br, I)是一类性能优良的光催化剂，且制备技术节能环保简便；(2) BiOI光催化剂的稳定性有问题，I‒容易游离出来，且反应活性受限制；(3) 带隙结构呈阶梯型氧化物构筑的复合半导体可实现同时利用紫外和可见光，如我们研制出的复合光催化剂有：BiOClxBr1-x、BiOCl/Bi2O2CO3、TOi2/BiOCl、BiPO4/BiOCl(Br)、BiOBr/ZnO等；(4) 表面修饰、助催化剂的引入能改变原催化剂的带隙和性能，进而促进其反应性能的提高；(5) 开展了BiOCl、BiOBr和TiO2对人体角质细胞生物效应的研究；(6) 量化计算在指导催化剂的制备及分析光催化性能、机理方面优势突出。此外贵金属在BiOX(X = Cl, Br)表面的量化构效，以及BiOX(X = Cl, Br)纳米粉体的固定成膜仍在研究中，这对光催化高级氧化技术的实用化非常重要。