环境污染和能源紧缺,制约着人类社会的进一步发展,如何解决这两大难题是当今社会面临的巨大挑战。半导体光催化技术,可以利用清洁无污染、可持续的太阳能来缓解甚至解决这些问题,被认为是绿色化学中最有潜力的技术之一。近几十年来,铋系半导体材料因其高效的光催化活性、良好的稳定性、低成本、无毒等特性引起了研究者的关注。在科研工作者的努力下,它们已被应用于废水中污染物的降解、重金属的还原、空气中污染物的氧化、有机合成、水分解产氢产氧、CO₂光还原、固氮等方面。氯氧化铋BiOCl,作为铋系半导体中的一种,已有不少的研究报道。BiOCl为四方晶相,有着由[Bi₂O₂]平板层与双Cl原子层交替排布而形成的独特层状结构。独特的层状结构使材料形成了沿[001]的内在的静电场,这有利于光生载流子的分离和转移。然而,BiOCl禁带宽度为3.2-3.6 eV,只在紫外光下有响应,这大大限制了其应用。二硫化锡SnS₂属于金属硫化物半导体,也有着独特的层状结构。SnS₂在地球上储量丰富、环境友好且有化学稳定性优异,因其层间可膨胀的容纳空间被广泛研究并应用于锂离子电池、太阳能电池、晶体管设备、光催化等。然而,SnS₂电导率较低,其禁带宽度为2.2 eV,在有限的可见光范围内有响应,这制约了该材料的进一步应用。为改进材料的形貌结构及光催化性能,我们对BiOCl、SnS₂层状半导体材料进行三维多级化形貌设计,并研究材料形貌的影响因素、生长机理以及材料的光催化性能。研究工作主要分为以下三个方面:（1）采用简单的葡萄糖辅助水热法,一步合成形貌均一、由凹陷纳米片自组装而成的3D多级结构BiOCl微球。所得BiOCl样品形貌均一,且3D构建块纳米片的面上有许多的小凹陷。实验发现,水热体系中葡萄糖的浓度对形成形貌均一的3D结构至关重要。我们还系统地研究了反应温度、反应时间、体系pH、合成后处理煅烧温度等因素对BiOCl形貌的影响。结果显示,反应温度在140-220℃时均能得到3D BiOCl多级结构;反应时间为2 h-24 h时能合成3D BiOCl;体系pH=0.8-9范围内能得到3D BiOCl;合成后处理煅烧温度350-500℃时3D BiOCl形貌未发生明显变化。光催化性能测试发现:在调控pH的样品中,pH为0.8时样品的活性最好,且可见光下的活性优于紫外光下的活性;在煅烧处理的样品中,煅烧温度为350℃时样品的活性最好,且可见光下的活性比紫外光下的活性好。我们还发现,煅烧之后样品的吸附能力明显增强。（2）通过原位拓扑离子交换法,合成了均一多孔多级盘状的BiOCl/2D网状Bi₂S₃异质结材料。在第二步水热反应中,将预先水热合成好的BiOCl不规则八边形纳米片与Na₂S₂O₃·5H₂O的水溶液进行阴离子交换反应,从而得到异质结。实验结果表明,三维盘状BiOCl/Bi₂S₃异质结由内部的BiOCl和外层一维Bi₂S₃纳米棒交织成的网状物组成。有趣的是,最终所得异质结基本保留了前驱体BiOCl纳米片的形貌和大小。基于实验结果和理论分析,我们提出了BiOCl/Bi₂S₃异质结复合材料合理的形成机理:前驱体BiOCl的形成、选择性离子交换反应、随后的Ostwald熟化过程和外延生长。在此过程中,原位拓扑合成主要与晶格匹配有关,即四方晶系BiOCl的a轴、b轴（a=b=3.89?）与正交晶系Bi₂S₃的a轴（a=3.981?）的晶格相匹配。由于异质结的形成、独特的空间结构特征和氧空位的存在,BiOCl/Bi₂S₃复合材料展现出明显拓宽的光响应范围,在可见光照射下对Cr（VI）的还原表现更高的活性。此外,我们还研究了异质结材料在光催化还原过程的光生电子空穴跃迁、转移路径和反应机理。（3）通过原位阳离子交换法合成2D/0D SnS₂/Ag₂S异质结。先通过一步水热法合成前驱体SnS₂六边形纳米片,再将前驱体SnS₂加入AgNO₃的水溶液中,通过水热法进行阳离子交换合成SnS₂/Ag₂S异质结。实验发现SnS₂/Ag₂S异质结基本保留了前驱体SnS₂六边形纳米片的形貌尺寸,其三维结构由内部的SnS₂和外层Ag₂S小颗粒组成。将SnS₂/Ag₂S异质结样品应用于可见光下Cr（Ⅵ）的光催化还原,结果表明样品H-0.8（SnS₂用量为0.6 mmol,AgNO₃用量为0.8 mmol）可见光下还原能力最强。催化还原实验后的样品表征分析表明,异质结代表性样品H-0.8的晶相稳定性和结构稳定性都非常好。