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随着我国经济发展、工业化不断深入，环境污染日益严重。半导体光催化技术由于清洁、彻底、可持续等特点，受到各国研究人员广泛关注。为推动光催化技术进一步走向实际应用，本论文以“光-热催化协同”为基本思想，针对半导体光催化剂难以利用太阳光红外能量以及载流子表面反应缓慢两大问题，分别提出“光催化-热催化技术协同联用”以及“光激发-表面催化过程协同优化”两大策略。基于二氧化铈(CeO2)构建模型材料体系，成功验证“光-热催化协同”策略的同时，大幅提升了CeO2的光催化活性。尤其针对甲醛及丙烷、丙烯等气相有机物的氧化降解，逐步实现了材料低温催化活性、可持续性、抗水汽性能的提升。论文的主要内容包括: （一）基于CeO2中离子、电子的混合传导特性，成功实现紫外-可见光激发的光催化过程与红外辐射诱导的低温热催化过程间的协同联用。 (1)以水热法向CeO2中引入氧离子导体Bi2O3，形成固溶体。Bi3+的进入在窄化CeO2带隙、拓展可见光吸收的同时，诱导萤石结构中产生丰富的氧空位，显著增强其低温可还原性，使得固溶体在甲醛的催化氧化中展现出全面提升的光催化及低温(20-80℃)热催化活性。更重要地，萤石结构中混合的离子、电子传导有助于改善温度升高对光子-电子转换的负面作用，使得光、热催化在联用过程中呈现明显的协同效应。 (2)以水热法向CeO2中引入过渡金属元素Mn，形成固溶体。低价Mn2+/3+的进入显著提升了材料的可见-近红外光响应、光-热转换能力以及低温可还原性，使得固溶体在甲醛的催化氧化中于较低温度(25-75℃)下展现出远超CeO2与Ce1-xBixO2-δ的光-热协同催化活性。此外，长期暗反应失活样品可经氙(Xe)灯原位光照明显再生，表面高价Mn3+离子、低挥发性甲酸以及表面羟基(-OH)在固溶体的催化失活-光照再生循环中起到了重要作用。 （二）基于CeO2丰富的表面特性，深入理解半导体金属负载、晶面调控、缺陷工程等优化策略中的表面催化因素。通过调控实现光激发与表面催化过程间的协同优化，大幅提升CeO2材料体系的光催化活性。 (1)通过光沉积在CeO2表面负载不同含量、尺寸的纳米Au。Au-CeO2在丙烯氧化中的光催化活性随Au含量增加先上升后下降，呈“驼峰”状。详细讨论了纳米Au于光激发与表面催化中的双重角色，以及两过程间协同优化的必要性:一方面，随Au含量增加，复合体系的光谱吸收及载流子分离得到增强;另一方面，随纳米Au尺寸增大其暴露表面逐渐饱和，同时，过大的Au颗粒不利于分子氧等反应物的表面活化。纳米Au不同作用间相互平衡，决定了Au-CeO2体系最终的光催化活性。 (2)采用水热法，通过调节反应温度及Ce源得到纳米棒及立方块等三个Ce02纳米晶样品，其中立方块暴露{100}晶面，而纳米棒暴露{100}/{110}晶面。上述样品在碳氢化合物降解、光解水析氧及羟基自由基(·OH)产生等光催化氧化过程中展现出复杂的活性顺序，无法以晶面间的表面能及能带位置差异进行充分解释。研究发现，晶面调控研究中较少关注的表面缺陷结构对半导体光激发与表面催化过程均存在重要影响，其与表面原子结构及电子结构共同决定了CeO2在不同光催化反应中的活性。 (3) CeO2纳米棒经H/Ar混合气还原得到灰色样品，后者呈现类似贵金属SPR的可见光吸收。氢化处理在CeO2中引入丰富的体相及表面氧空位(VO)，使得灰色H-CeO2在丙烷、丙烯的氧化降解中展现出显著提升的光催化活性及抗水汽性能。系统探究体相及表面VO分别在光激发与表面催化过程中起到的重要作用，发现体相VO有助于提升光生载流子的分离及输运，而表面VO可促进水分子解离，并进一步转化为自由基，从而弱化水汽竞争吸附的负面作用。