光催化技术在降解环境水体污染物方面有着巨大的应用潜力。其中染料敏化可见光催化因其能有效的利用可见光来降解有机物,而受到研究者们的广泛关注。在该反应过程中,吸附在半导体表面的有机染料在可见光的激发下将电子注入到半导体导带上,继而电子和半导体-水溶液界面的氧气发生反应生成活性氧物种,从而完成有机染料的氧化降解。由此可见,半导体表面对有机染料的吸附能力以及半导体-水溶液界面的氧气浓度往往是影响光催化反应动力学的关键因素。然而,传统的染料敏化可见光催化反应通常发生在亲水半导体-水溶液两相界面,有机染料周围的水分子层不利于其在半导体表面的有效吸附;氧气在水溶液中有限的溶解度和传输速度极大限制了其在反应界面的浓度以及活性氧物种的生成。针对以上问题,本论文从界面微环境设计入手,构筑了基于超疏水半导体纳米线阵列的气-液-固三相界面光催化反应体系(三相光催化体系)。该体系一方面利用疏水力增大了半导体表面对有机染料的吸附能力,另一方面使得氧气可以沿着纳米线间的自由空隙通过气相直接传输到反应界面,从而提高了界面氧气浓度以及活性氧物种的生成量。该三相界面微环境的设计构筑使得光催化反应动力学常数比传统固-液两相界面光催化体系提高了 30多倍。此外,该体系还具有很好的稳定性。该论文研究结果表明:除了光催化材料本身,反应界面微环境对光催化反应性能也起着至关重要的作用。本论文的研究内容分为以下两个部分:1、半导体纳米线阵列三相界面光催化体系的构筑。本章通过不同方法制备了系列超疏水半导体纳米线阵列,并构筑了三相界面光催化反应体系;利用激光共聚焦显微镜对气-液-固三相界面与水溶液的接触状况进行了深入研究。2、基于三相界面的染料敏化可见光催化动力学研究。本章基于所制备的三相界面光催化体系,结合染料敏化可见光催化的反应原理,研究了在疏水力作用下有机染料分子在半导体表面的吸附行为,及其对催化反应动力学的影响;研究了三相界面微环境中液相和气相氧气含量变化对光催化反应动力学的影响;研究了三相光催化反应体系的稳定性以及普适性。