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氯酚类污染物是一类危害大、难处理的有机污染物。光催化技术作为一种新兴的高效降解有机污染物的技术,其成本低、无选择性、不会造成二次污染,但由于光生电子-空穴易复合,使得该技术的实际应用受到了极大的限制。近期人们研究发现内建电场可以为光生电子的转移提供驱动力从而实现电子-空穴的有效分离,进而提高光催化活性。非线性光学材料具有很强的极化效应,可以通过极化产生内建电场从而促进光生电子-空穴的分离。B-O基材料在非线性光学领域一直被广泛研究,但是却很少用于光催化领域。本文采用高温固相法成功制备了四种廉价且性能稳定的-B5O10基极性材料K3ZnB5O10(KZBO),K2NaZnB5O10(KNZBO),Na3ZnB5O10(NZBO)和 K3CdB5O10(KCBO),将其应用于光催化领域,该类极性材料对氯酚类污染物具有优异的脱氯性能,具体研究内容如下:(1)采用高温固相反应,成功合成了-B5O10基极性光催化材料KZBO,KNZBO和NZBO。利用XRD,SEM,EDX,DRS等手段对催化剂结构、形貌、成分、及光学性质进行了表征分析。考察了催化剂对不同种类的氯酚(2-氯酚,4-氯酚,2,4-二氯酚,2,4,6-三氯酚)的脱氯性能,结果表明催化剂具有稳定的和优异的紫外光活性,催化性能是商业化P25-Ti02光催化性能的十倍之多。由于氯原子的个数和取代位置的不同,该类材料对不同种类的氯酚的降解速率不同:4-氯酚>2-氯酚>2,4-二氯酚>2,4,6-三氯酚。经过理论计算和实验表征证实该类材料优异的光催化性能主要由于催化剂晶体结构发生极化,导致了内建电场的存在,在内建电场的驱动下光生电子空穴实现了有效的分离,从而使得MZBO的催化性能明显优于P25-TiO2。同时由于碱金属原子的作用,使得KZBO,KNZBO和NZBO极化能力不尽相同,K+原子半径最大,更容易对其配位原子和周围原子的极化变形产生影响,所以随着K+和Na+原子半径的减小,KZBO,KNZBO和NZBO的极化能力逐渐减弱,从而导致催化活性KZBO>KNZBO>NZBO。(2)基于前期的研究结果,设计了-BsO10基极性材料KCBO,同样采用高温固相反应成功将其制备出来,对其结构,形貌,成分及光学性质进行了表征分析。通过Cd原子对Zn的替换,对2-氯酚,4-氯酚,2,4-二氯酚,2,4,6-三氯酚的脱氯性能都有所提高。一方面是由于Cd的原子半径比Zn的大,[CdO4]基团的极化能力比[ZnO4]强,另一方面是因为KCBO分子结构中的[CdO4]基团通过四个氧原子与四个[BO3]基团相连,[CdO4]基团发生极化变形,通过氧原子的作用使得四个[BO3]基团同时发生严重扭曲,从而使得KCBO极化能力较KZBO大幅度提高,同时d10电子结构其导带sp杂化轨道非常有利用光生电子的转移。综合以上原因,KCBO催化性能优于KZBO。(3)为了更好地了解光催化脱氯反应的条件,对反应温度、目标污染物浓度、pH值、催化剂用量、光源及光强等因素进行了考察,结果表明:适当升高温度有利于增强催化剂性能;随着污染物浓度的增高,催化剂性能降低;催化剂性能随着催化剂用量的增加先增强后减弱,存在最佳用量;光强增加会提高催化剂的性能;催化剂在酸性溶液体系中对2,4-二氯酚的降解效果更好。(4)最后,以2,4-二氯酚为例,研究了-B5O10基极性光催化材料对氯酚类污染物的脱氯机理。通过LC-MS和TOC对降解的中间产物和终产物以及降解过程的有机碳进行了分析,提出了可能的降解途经:一是活性物种羟基自由基对2,4-DCP的氧化过程,二是2,4-DCP直接与光生电子反应被还原的过程,随后我们利用EPR技术对光催化反应过程中产生自由基的类型进行了进一步研究,并通过PL光谱对自由基进行了定量分析。