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能源短缺和环境污染两大问题已经严重制约了人类社会的发展，半导体光催化技术可利用太阳能分解水产氢和产氧以及降解有机污染物，是一种潜在的太阳能转化技术。其中，设计并合成高效的可见光产氢产氧材料成为光催化领域研究的重点内容。在众多半导体材料中，单斜相BiVO4是可见光催化产氧明星半导体材料，因具有合适的价带结构、良好的化学稳定性等优点，在光催化领域受到了广泛的关注。然而，BiVO4由于自身光生电子和空穴分离效率较低，还原能力较弱，难以实现太阳能的高效转化，这在一定程度上限制了BiVO4的实际应用。复合结构光催化材料不仅可以提升BiVO4光生载流子的迁移和分离效率，还能拓展其可见光响应范围。受此启发，本论文以复合型光催化材料的设计为出发点，在BiVO4的基础上，采用界面调控机制构建了一系列具有良好光响应能力的BiVO4基异质结构光催化材料，并调控了BiVO4的形貌结构及表面原子和电子结构，实现了其在光电转换、污染物处理及光催化分解水等太阳能转换方面性能的大幅提升。
为了拓宽BiVO4的可见光吸收范围并抑制光生电子与空穴的复合，我们采用十二烷基苯磺酸钠作为模板剂合成了二维BiVO4，然后通过原位生长引入窄禁带半导体Bi2S3纳米线实现对BiVO4片的敏化构建BiVO4?Bi2S3异质结构，有效拓展了BiVO4的可见光响应范围。在基于经典载流子迁移机制的界面协同效应以及在片状结构大幅提升的光生载流子迁移效率的优势下，BiVO4?Bi2S3异质结构展现出了明显增强的光电转化性能。
为了解决敏化作用对BiVO4有限的光氧化能力提升并进一步促进光生载流子的迁移，在已有片状结构的基础上，我们以蔗糖作为模板剂通过一步水热法获得了独特的由片状结构交错组成的BiVO4?Bi2O3纳米花异质结构。由纳米片团聚形成的花状结构不仅能有效缩短光生电子的迁移距离，其交错的网状结构还能为光催化反应提供更多的活性位点，增强异质结构对有机污染物的吸附。异质结构中基于经典迁移机制的电荷转移方式有效提升了BiVO4的氧化能力，相对于BiVO4，Bi2O3和未添加蔗糖合成的样品，BiVO4?Bi2O3纳米花异质结构表现出了优异的光降解亚甲基蓝和苯酚的能力。
为了获得光催化制氢能力，需要复合具有还原能力的半导体材料。同Bi材料复合可以获得更好的界面原子融合状态，实现更优的界面协同效应。因此，我们通过一步水热法引入同属于Bi系材料的还原端半导体Bi6O6(OH)3(NO3)3(BBN)，构建了BiVO4?BBN异质结构。原位生长的结合过程使得两个基元相形成紧密的共用界面。在Z型载流子迁移机制的作用下，异质结构中具有强氧化还原能力的空穴和电子分别被保留在BiVO4和BBN中，有效延长了光生载流子的寿命，提升了异质结构的光氧化还原能力。BiVO4?BBN异质结构首次实现了光催化产氢，且相对于BiVO4，光催化产氧和污染物降解能力也得到了明显的提升。
为了实现更高效的可见光催化产氢和产氧能力，我们设计引入窄禁带可见光响应半导体CdS材料，通过溶剂热法构建了2DBiVO4?CdS异质结构，并利用浸渍法负载了非贵金属Ti3C2Tx作为助催化剂。2D/2D结构大幅增加了BiVO4和CdS两基元相的界面接触，有效促进了光生电子的定向传输，提升了异质结构可见光产氢产氧和污染物降解的能力。Ti3C2Tx取代贵金属作为助催化剂的引入，则进一步促进了载流子的迁移并为光催化反应提供了更多的反应活性位点，使BiVO4?CdS?Ti3C2Tx异质结构展现出了卓越的可见光催化产氢活性。
为了拓宽BiVO4的可见光吸收范围并抑制光生电子与空穴的复合，我们采用十二烷基苯磺酸钠作为模板剂合成了二维BiVO4，然后通过原位生长引入窄禁带半导体Bi2S3纳米线实现对BiVO4片的敏化构建BiVO4?Bi2S3异质结构，有效拓展了BiVO4的可见光响应范围。在基于经典载流子迁移机制的界面协同效应以及在片状结构大幅提升的光生载流子迁移效率的优势下，BiVO4?Bi2S3异质结构展现出了明显增强的光电转化性能。
为了解决敏化作用对BiVO4有限的光氧化能力提升并进一步促进光生载流子的迁移，在已有片状结构的基础上，我们以蔗糖作为模板剂通过一步水热法获得了独特的由片状结构交错组成的BiVO4?Bi2O3纳米花异质结构。由纳米片团聚形成的花状结构不仅能有效缩短光生电子的迁移距离，其交错的网状结构还能为光催化反应提供更多的活性位点，增强异质结构对有机污染物的吸附。异质结构中基于经典迁移机制的电荷转移方式有效提升了BiVO4的氧化能力，相对于BiVO4，Bi2O3和未添加蔗糖合成的样品，BiVO4?Bi2O3纳米花异质结构表现出了优异的光降解亚甲基蓝和苯酚的能力。
为了获得光催化制氢能力，需要复合具有还原能力的半导体材料。同Bi材料复合可以获得更好的界面原子融合状态，实现更优的界面协同效应。因此，我们通过一步水热法引入同属于Bi系材料的还原端半导体Bi6O6(OH)3(NO3)3(BBN)，构建了BiVO4?BBN异质结构。原位生长的结合过程使得两个基元相形成紧密的共用界面。在Z型载流子迁移机制的作用下，异质结构中具有强氧化还原能力的空穴和电子分别被保留在BiVO4和BBN中，有效延长了光生载流子的寿命，提升了异质结构的光氧化还原能力。BiVO4?BBN异质结构首次实现了光催化产氢，且相对于BiVO4，光催化产氧和污染物降解能力也得到了明显的提升。
为了实现更高效的可见光催化产氢和产氧能力，我们设计引入窄禁带可见光响应半导体CdS材料，通过溶剂热法构建了2DBiVO4?CdS异质结构，并利用浸渍法负载了非贵金属Ti3C2Tx作为助催化剂。2D/2D结构大幅增加了BiVO4和CdS两基元相的界面接触，有效促进了光生电子的定向传输，提升了异质结构可见光产氢产氧和污染物降解的能力。Ti3C2Tx取代贵金属作为助催化剂的引入，则进一步促进了载流子的迁移并为光催化反应提供了更多的反应活性位点，使BiVO4?CdS?Ti3C2Tx异质结构展现出了卓越的可见光催化产氢活性。