国民经济的高速发展伴随着化石燃料的开发和使用。其中,煤炭的大量燃烧产生各式空气污染,为国民生产生活环境带来恶劣影响。而在燃煤烟气中的重金属汞污染,由于其剧毒性、生物累积性等受到广泛关注。在燃煤烟气中含量最多的气态单质汞,其化学性质稳定且不溶于水,是汞污染控制的关键。相比较于传统的吸附法和热催化法,采用光催化技术更加高效、稳定且无二次污染,正日益受到研究者们青睐。本文选择具有独特层状结构的碘酸氧铋半导体光催化剂作为脱除烟气单质汞的活性组分,采用具有高比表面积和独特微观结构的石墨烯、碳纳米管作为催化剂载体,制备碘酸氧铋复合光催化剂并进行了相关应用基础研究。本文采用水热法制备了石墨烯负载碘酸氧铋光催化剂,对样品进行一系列表征分析与烟气单质汞脱除实验。石墨烯较高的比表面积有利于烟气中的反应物附着,同时大片层石墨烯纳米片有利于活性组分碘酸氧铋晶体的分散。复合样品表现出优异的光催化氧化单质汞性能,在可见光下最高效率可达88.5%。石墨烯的引入将导致复合体系禁带宽度缩短,而自由基捕获剂实验则揭示了光生空穴在单质汞催化氧化中的关键作用。采用一步水热法在碳纳米管载体上原位结晶碘酸氧铋晶体,形成碳纳米管负载碘酸氧铋光催化剂,并对所制备的样品进行表征分析和烟气单质汞脱除实验。结果显示碳纳米管是制备碘酸氧铋复合催化剂的优良载体,碳纳米管的存在不会影响碘酸氧铋的结晶。烟气单质汞催化氧化效率最高可达83.6%。碳纳米管线提供的丰富孔道构造有利于反应物的吸附,同时促进光生电子向碳纳米管的迁移。进一步地,借助密度泛函理论计算对燃煤电厂烟气汞脱除机制进行了探索。构建碘酸氧铋/石墨烯异质结模型,验证了碘酸氧铋与石墨烯形成异质结的理论可行性。通过能带结构和态密度分析,揭示了导带底部碳掺杂能级的贡献是石墨烯负载碘酸氧铋复合体系禁带宽度降低的主要原因。异质结界面附近增强的局部电场有利于光生电子向石墨烯的迁移,而价带位置富集的光生空穴则有利于单质汞的催化氧化,理论计算结论与实验结果相一致。本文还基于过渡态搜索理论对传统SCR催化剂活性组分用于催化氧化单质汞的可行性,以及飞灰未燃尽碳表面活性氯增强单质汞脱除的机制进行了探究。本文为燃煤电厂烟气重金属汞污染控制,以及研发高效铋基复合光催化剂等领域提供基础数据与参考。