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由于全球日益加重的环境污染问题，半导体光催化的研究和应用引起了人们的广泛关注。这种方法利用太阳光，彻底矿化有机污染物且无二次污染，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。TiO2是目前研究最多的光催化剂，但是它只能吸收387 nm以下的紫外光，太阳能利用率低，限制了其工业应用。因此，可见光响应的高性能光催化材料的研究，逐渐成为目前光催化领域的研究热点。另一方面，由于近年来纳米技术在半导体制备中的广泛应用，给半导体材料带来了独特的量子效应，表面效应，载流子扩散效应等，能够大大提高其光催化性能。研究纳米半导体光催化材料的可控合成，并对其进行合理剪裁和复合，将有效提高其光催化效率、扩展其光响应范围，为光催化技术的实用化和工程化奠定基础。本论文发展了以超声化学法为代表的简易、低能耗的无模板液相方法，合成了几种新型A-B-O(A=Bi，Cd等，B=V，W，Mo等)氧化物半导体光催化剂，深入研究了形貌和微结构与其光催化性能之间的关联与规律。论文的主要内容包括：
1.超声化学法合成Bi-M-O(M=V，W，Mo)新型可见光催化剂及其性能研究。
首次采用超声化学方法，合成了具有可见光响应的BiVO4纳米晶光催化剂。并通过与固相反应法相结合的途径，把这种合成方法拓展到了Bi2WO6和Bi2MoO6光催化体系之中。可见光(λ>400nm)下降解甲基橙和罗丹明B的实验证明，所制备的Bi-M-O(M=V，W，Mo)纳米晶具有优异的光催化性能，最佳样品的光催化活性是固相反应样品的11倍，二氧化钛(P25)的15倍。研究了其光催化活性的大幅度提升与晶粒尺寸、比表面积以及电子结构的关系。发现和证明了超声化学作用对产物的形貌和微结构以及光催化活性的提高具有重要作用。这种合成方法简单快捷，条件温和，节省能源，具有极大的应用潜力和实用价值。
2.BiVO4方形微管、介晶及纺锤体的合成、生长机理及其光催化性能研究。
(1)采用低温回流法合成了BiVO4微管结构。微管具有独特的方形截面，以[010]取向呈放射状生长。我们研究了其形貌从纳米颗粒、微棒到微管的演化过程，提出了一种相转变溶解再结晶诱发的浓度损耗生长机制，拓展了层状化合物形成管状结构的机理研究。此外，发现NaHCO3在体系中起到了缓冲剂的作用，调控了晶粒的成核和生长速率，从而导致微管的形成。可见光下降解罗丹明B(RhB)染料的实验显示所制备的BiVO4微管的光催化活性远高于(6倍)传统固相反应制备的样品。
(2)通过非添加剂的温和液相法制备了具有花状和枝状两种新颖结构的BiVO4介晶。这种特殊的介晶结构虽然具有规则的晶面和外部形貌，但却是由初级构造单元在三维方向高度有序聚集而成。发现体系的pH值和反应温度对于介晶的形态和结构有重要影响。基于对其形成过程的分析，我们提出了新的介晶生长机制。这方面的研究不仅拓展了介晶的研究体系，还将有助于深入理解介晶形成和生物矿化过程，为无机仿生材料的制备提供有效的手段。
(3)采用温和液相法，首次合成了BiVO4纺锤体组装结构。反应体系中乙二醇的引入对于纺锤体的形成及微结构调控具有重要作用。研究发现，乙二醇既缓冲了溶液中BiVO4的成核和结晶速率，控制了组装纳米晶单体的尺寸，又促进了纺锤形聚集体的形成。纺锤体的尺寸和微结构可以通过加入不同量的乙二醇进行调控。这种通过金属离子与醇类溶剂络合来进行产物形貌调控的方法对于可控制备新型光催化材料具有指导意义。
3.CdMoO4空心球、CdMoO4/CdS的合成及其光催化性能研究。
(1)发展了一种无模板的液相法用于合成由纳米晶组装的CdMoO4空心球。通过对反应温度的调节，我们能够有效的改变纳米晶尺寸和组装形态，实现对空心球形貌和微结构的调控。产物的紫外-可见漫反射谱和光催化性能的测试显示产物具有显著的紫外光吸收和优异的光催化性能，其中反应温度为40℃所制备的样品的光催化性能高于锐钛矿型TiO2。此外，发现产物的光催化性能大大依赖于其微结构，证明了光催化材料的形貌调控的重要性和必要性。本工作也是迄今为止CdMoO4光催化性能的首次报道。
(2)首次合成了CdMoO4/CdS新型复合结构可见光催化剂。以硫脲作为硫源，利用其在加热过程中缓慢释放S2-离子的特点，通过水热法在CdMoO4晶粒的表面负载CdS纳米颗粒，成功把其光吸收从紫外光范围拓展到可见光。光催化测试显示，其光催化效率和稳定性都高于单一CdS光催化剂。这对于设计制备新型高效光催化材料提供了一条新的思路。
4.Bi2O3多级纳米结构的可控合成、生长机理及其光催化性能研究。
建立了一种纳米自组装方法用于合成Bi2O3花状超结构光催化剂。这种多级纳米结构由大量厚度为30-50 nm的二维纳米片互相交叠、自组装构成。我们系统的研究了其生长机制，发现反应体系中VO3-离子的引入缓冲了Bi2O3的结晶和生长过程，导致产物的各向异性生长，得到了独特的多级纳米结构。通过对VO3-离子浓度和反应温度的控制，能够有效的调控产物的微结构以及组装形态。BET分析证明产物具有较大的比表面积，且存在介孔和大孔结构。光催化染料降解实验证明所制备的Bi2O3花状超结构的光催化性能是商用样品的6-10倍。发现产物的薄片状结构有利于光生载流子迁移到纳米片表面与有机污染物反应。而孔道结构则促进了反应过程中产物的迅速扩散。
综上所述，本论文发展了几种新的液相合成方法，制备了多种新型的具有特殊结构的纳米氧化物光催化剂。深入的研究了产物晶粒成核和生长规律，提出了相应的生长机理，对相关体系材料的形貌结构控制合成具有指导意义。同时，系统的研究了材料的微结构对于其光催化性能的影响，对于研发设计新型光催化材料及其性能改进和提升具有参考价值。