近年来,光催化技术的应用受到越来越多的关注。光催化技术不仅可以解决能源危机,还可以处理现今的环境污染问题,具有良好的应用前景和意义。碳酸氧铋（Bi₂O₂CO₃）独特的层状结构非常有利于电子与空穴的分离与传输,使其成为一种极具前景的光催化材料。但是碳酸氧铋是一种宽禁带半导体,对光能的利用率较低,电子与空穴的复合率较高,严重制约了其催化活性。本论文以碳酸氧铋为研究对象,通过溴掺杂、碳量子点负载和构建三元复合材料来调控碳酸氧铋的能带结构、光响应范围和电子传质过程,拓展了材料的光吸收范围,增强其对分子氧的活化能力和产生活性氧物种的能力,提高了碳酸氧铋材料的光催化效率。本文还对光催化增强机制进行了探讨,为进一步开发高效的光催化剂打下了基础。具体的研究内容如下:1、以柠檬酸铋为原料,在碱性环境中,加入不同量的溴化钠,通过溶剂热法合成不同溴掺杂量的碳酸氧铋。通过X射线粉末衍射、光电子能谱对材料的组成与结构进行分析,发现掺入的溴元素取代了碳酸氧铋中铋氧层的氧原子。通过测定其在紫外-可见光下对环丙沙星的降解效率,发现溴的掺杂可以促进催化剂对环丙沙星的降解。为了探究溴掺杂碳酸氧铋光催化活性提升的机制,通过莫特肖特基图谱、光电子能谱、光电流图谱、荧光光谱等对材料的能带结构和光电性能进行了一系列表征,并结合理论计算证明了溴掺杂使得碳酸氧铋能带结构发生上移。通过电子自旋谐振和探针实验证明溴掺杂增强了材料产生活性物种的能力并发现超氧自由基转化为羟基自由基的过程。并结合捕获剂实验结果提出了溴掺杂提升碳酸氧铋光催化活性的机制。此外通过对比产生的活性物种,环丙沙星降解中间产物的结构以及抑菌试验发现,吡咯酮环是环丙沙星的主要抑菌基团,而此基团的破坏与超氧自由基的产生密切相关。2.通过水热法合成了不同氮掺杂碳量子点负载量的碳酸氧铋。光电子能谱数据和高倍透射电镜证实,氮掺杂碳量子点被成功负载到碳酸氧铋表面。研究发现负载氮掺杂碳量子点的碳酸氧铋相比于单组分碳酸氧铋在紫外-可见光、可见光和近红外光下对环丙沙星均展现出更强的光催化活性。通过紫外漫反射光谱可知,负载氮掺杂碳量子点的碳酸氧铋对可见光和近红外光有光响应,表明氮掺杂量子点可促进碳酸氧铋对可见光和近红外光的光吸收。电子自旋谐振谱图和捕获剂实验表明氮掺杂碳量子点碳酸氧铋在紫外-可见光下降解环丙沙星的主要活性物种是超氧自由基、羟基自由基和空穴,可见光和近红外光下降解环丙沙星的主要活性物种是空穴。根据不同光照下活性物种的不同,推测在紫外光光照下电子在氮掺杂碳量子点和碳酸氧铋之间是Z型电子转移路径,在可见光和近红外光下电子在氮掺杂碳量子点和碳酸氧铋之间是Type II型电子转移路径。3.以乙醇/乙二醇为反应体系介质,通过控制反应投料比,使用溶剂热法合成了二元Z型Bi OBr/Bi₂O₂CO₃异质结。通过进一步提高水热反应温度,并利用乙醇/乙二醇溶液的还原性,合成Bi OBr/Bi/Bi₂O₂CO₃三元复合催化剂。测定了两种异质结复合材料在模拟太阳光下对环丙沙星的降解活性。结果表明,三元复合催化剂在60分钟内可以降解90.5%的环丙沙星,是二元Z型异质结降解速率的2.41倍。电子自旋谐振谱图表明,三元复合催化剂Bi OBr/Bi/Bi₂O₂CO₃能够产生更强的超氧自由基和羟基自由基信号,相对于二元复合催化剂Bi OBr/Bi₂O₂CO₃拥有更高的氧化与还原能力。基于以上实验结果,推测该三元复合体系,以Bi为载流子中介体,能够加速Z型电子的转移过程。通过捕获剂实验得出降解环丙沙星的主要活性物种是超氧自由基、羟基自由基和空穴。