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砷广泛地分布于自然水体环境中,是最有毒的环境污染物之一。砷在自然水体中主要以三价砷(As(Ⅲ))和五价砷(As(V))的形式存在,前者比后者毒性更大,且流动性更强,传统的水处理技术可有效地脱除As(V),但对As(Ⅲ)效果不明显。为了提高砷的去除效率,因此有必要将As(Ⅲ)氧化为易于处理的As(V)。半导体光催化能实现能源的清洁生产和环境污染物的治理,具有无二次污染、成本低、工艺简单等优点,因而展现出诱人的前景。Ti02光催化氧化技术可以将As(Ⅲ)氧化成As(V)。但是,其不足之处是：光催化效率低；只能吸收太阳光中5%左右的紫外光。本论文主要针对以上两个缺点开展研究工作,研究内容分为两大部分共5章：第一部分,分别采用氟离子和碘离子来提高紫外光下纳米结构Ti02薄膜光催化氧化As(Ⅲ)的反应速率,同时研究其作用机理；第二部分,采用可再生染料在可见光下光敏化氧化As(Ⅲ),并利用碘离子进一步提高反应速率,并探讨了反应机理。主要研究结果如下：针对在水溶液中添加氟离子可提高Ti02光催化氧化As(Ⅲ)的速率但机理不够明确的问题,在第3章中,采用光电化学方法系统地研究了在无氧条件下氟离子浓度、外加电位、薄膜厚度等参数对纳米结构Ti02薄膜光生载流子分离效率的影响。结果表明：氟离子显著地提高了光生载流子的分离效率(或光生空穴界面转移速率),从而提高了光生空穴氧化As(Ⅲ)的速率。通过电子浓度、Mott-Schottky曲线、瞬态光电压衰减、荧光光谱等测试,发现氟离子使电子浓度降低、平带电位负移、光生载流子表面复合速率降低,这些变化是分离效率提高的主要原因。针对Ti02光催化氧化As(Ⅲ)的速率不高以及悬浮催化剂难回收等缺点,在第4章中,以纳米结构Ti02薄膜为光催化剂,系统地研究了碘离子浓度、电位、电子受体和光强等因素对光催化氧化As(Ⅲ)速率的影响。结果表明：光照和氮气条件下,碘离子可有效捕获空穴生成碘活性物种,抑制光生载流子的复合,从而提高了As(Ⅲ)的氧化速率；在暗态和空气条件下,碘离子可促进氧的还原反应产生更多的活性氧物种,提高As(Ⅲ)的暗态氧化速率,但它不到理论值的40%,表明碘离子同时使很多活性氧物种失活；光照、开路和空气条件时,尽管碘离子提高通过光氧化途径氧化As(Ⅲ)的速率,但同时它又可与活性氧发生反应,降低通过光还原途径氧化As(Ⅲ)的速率,所以,在此情况下碘离子的促进作用不够明显。在第5章中,以典型可再生染料联吡啶钌N719为光敏化剂,系统地研究了As(Ⅲ)的浓度、电位、氛围和光强等因素对纳米结构Ti02薄膜催化剂在可见光下氧化As(Ⅲ)速率的影响。结果表明：在开路、空气和可见光下,该体系可高效地氧化As(Ⅲ)。机理研究表明：在阳极偏压、无氧和光照的条件下(没有超氧自由基的存在(02·-)),染料阳子(S+)氧化As(Ⅲ)的法拉第效率接近100%,表明S+能高效地催化氧化As(Ⅲ)；在阴极偏压、空气和暗态的条件下(S+不存在),O2·-法拉第效率也接近100%；在开路、空气和光照条件下。S+和O2·-氧化As(Ⅲ)的相对贡献分别为33%和67%。为了进一步提高可再生染料N719光敏化体系氧化As(Ⅲ)的效果及催化剂的稳定性,在第6章中,研究了碘离子对光敏化氧化As(Ⅲ)速率的影响。结果表明：加入碘离子可显著地提高开路和偏压条件下催化氧化As(Ⅲ)的速率,当As(Ⅲ)初始浓度大于0.3mM时,法拉第转化效率接近100%；在0.4V偏压(相对于饱和甘汞电极)和氮气的条件下,催化氧化As(Ⅲ)的速率提高了7倍；在暗态和空气条件下,加入碘离子能加快氧的还原速率,但降低了法拉第效率,因而降低了催化氧化As(Ⅲ)的速率；在开路、空气和光照条件下,碘离子对催化氧化As(Ⅲ)速率的促进作用不如偏压、氮气条件下的明显。在第7章中,结合光电化学方法对碘离子促进染料光敏化氧化As(Ⅲ)的反应机理进行了深入的研究。结果表明：热力学分析以及实验结果表明碘离子促进光敏化催化氧化As(Ⅲ)主要是通过I2·-中间体实现；在阳极偏压、无氧和光照条件下,通过单电子反应加快S+的再生,遵循的是一级反应动力学,I2·-催化氧化As(Ⅲ)的法拉第效率约100%；在阴极偏压、有氧和暗态条件下,碘离子能提高氧还原生成活性氧(EIROS)的速速率,但由于生成EIROS与碘离子作用生成氧化能力弱的I2·-,因而降低了EIROS催化氧化生成As(Ⅴ)的量以及法拉第效率；开路、有氧和光照条件下,加入碘离子后,通过S+生成As(Ⅴ)的比率从33%提高到71.1%,而通过EIROS生成As(Ⅴ)的比率从67%降低到28.9%。上述结果为充分利用太阳光实现As(Ⅲ)的氧化奠定了基础,所用光电化学方法对其它污染物的光催化和染料光敏化氧化的机理研究提供了重要的借鉴依据。