半导体光催化技术由于能够制备清洁的氢能源和降解有机污染物，因而近年来在学术界和产业界引起了广泛的研究兴趣。目前报道的光催化材料，不仅数量很有限而且光催化效率也很低。所以，本学位论文立足于研究如何提高光催化材料的性能。多元金属氧化物具有种类丰富、性质稳定、合成方法简单等优点，其中，Na系多元金属氧化物还具有价格便宜等优点，但是目前Na系材料在光催化领域被关注的还很少。鉴于此，本学位论文以Na系多元金属氧化物为研究对象，通过光催化分解水和有机污染物降解来评价材料的光催化性能，目的是研究如何提高光催化的性能。　　 本文研究思路为：首先，研究了Na系多元金属氧化物NaNbO3不同微结构的制备及其光催化分解水性能。然后，研究了Na系多元金属氧化物能带结构的调控，研究了氮掺杂、晶体结构及Ag元素替代对Na系多元金属氧化物(如NaNbO3、NaBi(WO4)2、NaBi(MoO4)2)的能带结构和光催化性能的影响。此外，将Na系多元金属氧化物扩展到Ag系多元金属氧化物，开发了Ag2V4O11纳米管光催化材料并研究了其光催化性能。在光催化材料的物性表征上主要通过X射线衍射、红外光谱、紫外可见吸收光谱、氮气吸附脱附测试、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等技术；对材料的能带结构的研究则采用密度泛函理论计算。　　 本博士学位论文共由八章组成。其中，第一章为论文的绪论部分。介绍了半导体光催化的基本原理、半导体光催化材料的研究现状和光催化性能的影响因素及改进方法，在此基础上提出了本学位论文的研究内容。第二章为实验及测量部分。介绍了光催化材料的表征手段和光催化性能的评价方法。第三章至第七章为论文的研究内容部分，其主要关注于以下五个部分：　　 1)光催化材料表面微结构对光催化性能具有重要的影响。采用表面活性剂P123辅助的水热方法首次合成了Na系多元金属氧化物NaNbO3单晶的纳米线。作为对比，我们还合成了方块状和颗粒状的NaNbO3。NaNbO3纳米线展示了比方块状和纳米粒子NaNbO3更高的光催化活性。在波长为300 nm的光照射下，其外量子转换效率高达39.4％。NaNbO3的能量带隙为3.4 eV，理论计算表明NaNbO3是间接带隙半导体，NaNbO3的价带顶主要是由O2p轨道构成的，而导带底主要是Nb4d轨道构成的。　　 2)氮掺杂是改变材料能带结构和改进光吸收性质的一种重要方法。采用氮掺杂技术扩展了Na系多元金属氧化物NaNbO3的光响应范围，研究了氮掺杂对NaNbO3的能带结构和光催化性能的影响。研究表明氮掺杂没有显著地改变NaNbO3的比表面积、形貌和晶体结构。氮掺杂对NaNbO3能带结构的影响是在价带O2p上方形成了N2p局域能级，进而引起了可见光的吸收。在NaNbO3-xNx中x=0.026样品显示了最高的可见光下光催化降解异丙醇活性，其丙酮的产率为26.1 ppmh-1。　　 3)晶体结构对材料能带结构和光催化性能有重要的影响。鉴于此，我们开发了具有WO4四面体的Na系多元金属氧化物NaBi(WO4)2光催化材料。在对异丙醇的光催化降解实验中，NaBi(WO4)2的丙酮产率(211 ppm h-1)高于具有WO6八面体的WO3的丙酮产率(120 ppm h-1)，这是由于宽带隙半导体中的光生电子-空穴具有较强氧化还原能力的原因。密度泛函理论计算表明由于d电子在不同的晶体场(四面体和八面体)中分裂不同，所以NaBi(WO4)2中W5d轨道比在WO3中W5d轨道分裂得更窄，因此，NaBi(WO4)2导带顶的位置比WO3导带顶的位置更负，进而能量带隙更大。可见，晶体结构(四面体和八面体)显著地影响到半导体氧化物的导带位置，进而影响光催化材料的性能。　　 4)元素组分对材料能带结构和光催化性能有重要的影响。我们研究了Ag替代Na对Na系多元金属氧化物NaBi(MoO4)2的能带结构和光催化性能的影响。对ABi(MoO4)2(A=Na，Ag)的密度泛函理论计算表明Na对材料价带没有影响，而Ag对价带位置起到了提升的作用。因此，Ag系材料的带隙小于Na系材料的带隙。通过对两种材料光催化降解有机物的研究，发现价带位置对光催化材料活性有重要的影响。　　 5)上一章Ag替代Na的研究表明Ag系多元金属氧化物比Na系多元金属氧化物具有更宽的光吸收范围。鉴于此，我们开发了新型的Ag系多元金属氧化物Ag2V4O11并研究了其光催化性能。我们首次采用表面活性剂辅助的水热方法合成了钒酸银单晶纳米管，其直径为10纳米左右长度为微米量级。该材料的光吸收可达到600nm，涵盖了太阳光谱中的紫外光和可见光中最强的区域。密度泛函理论计算表明Ag2V4O11的价带项主要是由O2p和Ag4d轨道构成的，而导带底主要是由V3d和Ag5s5p轨道构成的。从计算得到的色散关系上可以看出载流子具有较好的移动性，这有利于提高材料的光催化活性。与商用TiO2(P25)对比，钒酸银纳米管表现了更好的可见光下光催化降解异丙醇性能。按照电负性的理论预测了Ag2V4O11的导带和价带位置，提出了可能的活性氧化物种。这部分研究对合成纳米管材料和进一步开发可见光响应型纳米管光催化材料具有一定的指导意义。　　 第八章为结论与展望部分。介绍了本论文所得到的研究结果，并在本学位论文工作基础上对后续工作进行了一些展望。