伴随着世界经济的迅猛发展,环境问题也日益严峻,严重违反了人类可持续发展的目标。为了净化和修复环境,众多科研工作者采用了各种各样的方法,例如生物法、物理化学法、高级氧化技术等。半导体光催化作为高级氧化技术中的一种方法,由于反应条件比较温和、几乎能降解所有的污染物等优点,成为了解决环境污染问题一种很有前景的方法。光催化技术的核心要求是开发出高效的光催化剂。但是,被研究最多、公认高效的Ti O₂光催化剂由于它的带隙较宽（3.2e V）,所以只能被太阳光中的紫外光激发,而紫外光只占太阳光的不到4%,导致了其对太阳光的利用率很低。为了更加有效地利用太阳光,科研工作者开发了大量对可见光有响应的光催化剂。在这些可见光响应型的光催化剂中,Bi₂O₃由于其较高的折射率和较好的光致发光性能,被广泛的使用在传感器、电池、涂膜和玻璃等方面。此外,研究表明,Bi₂O₃在可见光下具有良好的光催化降解污水的性能。但是,单纯的Bi₂O₃可见光响应型光催化剂还存在着一定程度上的不足,比如可见光利用范围仍然较窄、光生载流子寿命比较短等,导致需要进一步提高它的光催化性能。本论文设计并合成出了两种不同形貌的Bi₂O₃光催化剂,以Bi₂O₃为基础,对其进行复合,以解决上述它的不足之处。同时,还研究了煅烧温度、溶液p H值和初始浓度对其光催化降解罗丹明B的影响。本论文的主要研究结论如下:1、采用水热法和溶剂热法分别制备出了棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃,这两种不同形貌的光催化剂都能够有效地利用太阳光中的可见光部分,在可见光下对罗丹明B拥有较好的光催化降解性能,在可见光照射2h后,棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃分别降解了30%和40%的罗丹明B。采用SEM对棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃的形貌进行分析,发现花球状Bi₂O₃比棒状Bi₂O₃拥有更多的孔隙,更多的孔隙有利于提高与污染物的接触表面积,从而提高光催化活性。XRD和XPS的测试结果表明制备出的产物是纯的棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃,没有其它杂质的出现。此外,比表面积对光催化效果也存在影响,BET结果显示,棒状Bi₂O₃的BET比表面积为1.500m²·g^-1,花球状Bi₂O₃的BET比表面积为2.148m²·g^-1,而较大的比表面积可以为反应提供更多的活性位点,从而花球状Bi₂O₃的光催化性能要高于棒状Bi₂O₃的光催化性能。紫外-可见漫反射光谱分析表明,制备出的棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃在可见光范围内都有响应,其中棒状Bi₂O₃的吸收带边在535nm处,花球状Bi₂O₃的吸收带边在570nm处,由经验公式可以计算出棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃的带隙值分别为2.3e V和2.1e V,花球状Bi₂O₃较棒状Bi₂O₃相比,它的吸收带边向长波方向移动,这会增大对光的吸收,从而提高光催化活性。为了进一步确定它们的光催化性能影响因素,在不同煅烧温度200℃、250℃、300℃、350℃和400℃下分别对它们的前驱体进行煅烧,实验结果发现,棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃的光催化性能受煅烧温度的影响较大。其中,当煅烧温度为400℃时,棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃拥有最好的光催化降解效果,分别降解了30%和40%的罗丹明B,而当煅烧温度在200℃、250℃、300℃和350℃时,棒状Bi₂O₃和花球状Bi₂O₃对罗丹明B溶液几乎不降解。2、为了进一步提高棒状Bi₂O₃的光催化性能,通过合理的实验,采用原位处理法制备出了棒状Bi₂O₃/BiOI复合物,SEM形貌图表明制备出的复合物是由片状BiOI生长在棒状Bi₂O₃上的。XRD结果表明,随着复合过程中HI含量的增加,Bi₂O₃/BiOI异质结中BiOI含量也逐渐增加,BiOI的四方特征峰强度逐渐增加,而四方Bi₂O₃的特征峰强度同时减少,当HI过量时,Bi₂O₃完全转变为纯四方BiOI相（JCPDS73-2062）。XPS测试结果表明,棒状Bi₂O₃、BiOI和Bi₂O₃/BiOI（1:5）异质结中主要含有Bi,O和I元素的特征峰。紫外-可见漫反射光谱表明当在棒状Bi₂O₃表面复合片状BiOI后,棒状Bi₂O₃/BiOI复合物的带隙值较棒状Bi₂O₃更小,这表明棒状Bi₂O₃/BiOI复合物具有比纯棒状Bi₂O₃更好的光催化活性。光催化降解实验中以100m L、10mg/L罗丹明B为目标污染物,研究了纯棒状Bi₂O₃、纯BiOI和不同复合比例的棒状Bi₂O₃/BiOI复合物对罗丹明B溶液的降解性能,光催化结果表明,在可见光照射2h后,Bi₂O₃/BiOI（1:5）复合物对罗丹明B拥有最好的光降解效果,对罗丹明B实现了82%的降解。此外,还进一步研究了罗丹明B溶液的初始p H值和初始浓度对Bi₂O₃/BiOI（1:5）降解罗丹明B效果的影响,分别在溶液p H为3、5、7、9和11的条件下进行了光催化降解,发现当p H为5时,最有利于罗丹明B的光催化降解,2h后降解了88%的罗丹明B溶液。在罗丹明B溶液的初始浓度为10mg/L、20mg/L和30mg/L时研究了初始浓度对罗丹明B降解的影响,当初始浓度为10mg/L时,光催化降解罗丹明B的效果最好。3、与单纯的棒状Bi₂O₃相比,棒状Bi₂O₃/BiOI复合物的光催化性能得到了明显的提高。但是,由于花球状Bi₂O₃比棒状Bi₂O₃的光催化效果要好,为了进一步提高Bi₂O₃/BiOI复合物的光催化效果,采用原位复合法合成出花球状Bi₂O₃/BiOI复合物。SEM分析表明这种复合物是由多孔的花球状Bi₂O₃和片状的BiOI组装而成的花状结构,可以为光催化反应提供更多的活性位点。XRD中所有的特征峰都和标准比色卡片相对应,表明制备的样品具有很高的纯度。花球状Bi₂O₃、BiOI和花球状Bi₂O₃/BiOI复合物的XPS分析表明,主要含有Bi,O和I元素的特征峰,复合物特征峰中I 3d_5/2和I 3d_3/2向低能方向的移动表明花球状Bi₂O₃和片状BiOI成功结合到了一起,并且两者之间之间存在相互作用,有利于光催化活性的提高。紫外-可见漫反射分析表明当BiOI加入花球状Bi₂O₃时,1号复合物的带隙能减小了,带隙能的减小有利于拓宽光吸收范围,产生更多的电子空穴对,从而有利于提高光催化性能。光催化实验表明,在可见光照射2h后,最佳复合比例的0.1g花球状Bi₂O₃/BiOI复合物对100m L、10mg/L罗丹明B溶液实现了88%的降解,光催化性能的提高归因于复合物之间异质结的形成。