当前,能源危机和环境污染是人类面对的共同挑战。许多国家都把能源安全放在了整个国家安全体系中的重要位置,人类对环境的保护意识也在逐渐增强。伴随着我国城市化进程的加快,能源消耗迅速增加,环境问题也随之日益突出。解决能源危机和环境问题,对于促进我国社会和环境的可持续发展有着十分重要的意义。目前我国的主要能源类型仍然以煤炭、石油和天然气等传统的化石能源为主。传统的化石能源在使用过程中会产生大量的二氧化碳、硫氧化合物和氮氧化合物等,这些会导致酸雨、臭氧层空洞和温室效应等环境问题。最重要的是化石能源储量有限,终究会消耗殆尽。综上,我国的新型可再生能源的技术开发和利用就显得尤为重要和迫切。光催化技术可以利用太阳光高效地分解水产生清洁能源—氢能,同时还可以利用太阳光将环境中的污染物降解为二氧化碳和水,使有机污染物得到无害化处理。因此,光催化技术是一种有望同时解决能源危机和环境污染问题的具有很大应用潜力的高新技术。目前对光催化剂研究较为深入的是二氧化钛,但是二氧化钛仅能够吸收太阳光中的紫外光部分,因而对太阳光的利用率非常低,这极大地限制了其在工业生产中的应用。因此,具有廉价、无毒和稳定性好等诸多优点的单斜白钨矿结构的钒酸铋,作为一种可见光响应型光催化剂,受到了研究者们越来越多的关注。目前对于粉体钒酸铋材料的研究较为广泛,然而对于单晶钒酸铋薄膜,特别是用脉冲激光沉积技术制备的单斜晶相的单晶钒酸铋外延薄膜还缺乏详细地研究。由于铋元素对温度比较敏感,在高温下非常容易挥发,这为用脉冲激光沉积技术制备纯相单晶钒酸铋薄膜造成了一个很大困扰。本文采用脉冲激光沉积技术,通过合理的调控实验参数,成功克服了铋元素的挥发性,不仅利用化学计量靶材制备出了高质量的纯相单晶钒酸铋外延薄膜,还研究了用不同比例靶材制备纯相单晶钒酸铋外延薄膜所需的实验条件。最后,通过光沉积实验对钒酸铋表面的光生载流子行为进行了研究。主要包括以下几个内容:（1）采用脉冲激光沉积技术,利用化学计量靶材在钇掺杂的氧化锆衬底上成功地制备出高质量的纯相单晶钒酸铋外延薄膜。详细研究了制备过程中,衬底温度、氧压、沉积时间和激光能量等主要实验参数对单晶钒酸铋外延薄膜的表面形貌、组分和结构的影响。探索并获得利用化学计量靶材制备高质量纯相单晶钒酸铋外延薄膜的最佳实验条件。（2）研究了靶材比例和氧压对钒酸铋薄膜的表面形貌和光学带隙的影响。使用不同比例靶材制备出沉积时间为1 min的薄膜样品,并对样品的光催化性能进行了测试。考虑到沉积时间为1 min的样品成分不易表征,因此延长沉积时间至30 min,通过调控氧压,得到了Bi:V分别为1、2、4、5、6和7的靶材制备纯相钒酸铋薄膜所需要的氧压数值或区间,并在各纯相氧压条件下制备出纯相钒酸铋薄膜。其中对Bi:V为2的靶材所需要的氧压进行详细的研究,最后对不同氧压下获得的纯相单晶钒酸铋薄膜的表面形貌和光学带隙进行了表征,研究了氧压对钒酸铋薄膜生长情况的影响。（3）研究了纯相钒酸铋薄膜的光沉积原理及其表面光生载流子的行为。使用Bi:V为6的靶材制备出的纯相钒酸铋薄膜分别进行Ag⁺、Mn²⁺、Pt⁴⁺和Pb²⁺光沉积实验,其中对Pb²⁺的选择性光沉积实验进行了深入研究,揭示了Pb²⁺在钒酸铋表面选择性光沉积的原理,最后利用原位反应实验证实了原位体系快速褪色的主要原因是硝酸根的光敏化作用。