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光催化技术方面的研究工作在近年来受到了特别关注，这主要是因为其在光催化反应和光能储存与转换等领域所表现出的潜在应用前景，可为环境保护、材料绿色合成和能源供应等提供新的解决方案。尽管在相关光催化研究方面的工作呈现快速增长，但是也有一些问题被忽视或没有得到特别关注。本论文基于理论推导和实验测定，围绕几种光催化剂的合成和构效关系，对光催化剂带边电势、光催化降解反应中氧的作用、催化剂表面吸附能力以及催化剂组成与性质关系等展开研究。具体研究工作及得到结论如下: 1.简要分析了半导体光催化剂带边电势（band edge potential）相关公式的推导和应用。目前，对半导体光催化的基本认识是:能量大于半导体带隙的光子（电磁波）照射到半导体表面，诱发内光电效应，引起能级跃迁，处于低能级（价带）的电子跃迁至高能级（导带），形成一个价带空穴(hVB+)和一个导带电子(eCB-)。之后，二者或相互之间发生复合，或与其他物质发生氧化还原反应。结合公式EVB=x-Ee+0.5Eg和ECB=x-Ee-0.5Eg，就半导体光催化领域中的一个基本概念——带边电势(band edge potential)进行了简要分析，目的是简略介绍一下量子力学、热力学与统计物理中一些基本理论在半导体光催化领域中的应用，使读者对该领域的现有理论有一个基本认识。 2.讨论了含氧物种在光催化反应过程中的作用。含氧物种是光降解中重要的反应物，但研究者多将关注点放在光催化剂的开发上，对含氧物种的重要性的认识不够充分，相关研究结论也比较少。为此，对含氧物种在光催化降解反应中的作用进行了分析。 3.结合材料制备，对几种层状结构离子晶体吸附含有醌亚胺结构的染料进行了研究。实验中发现，具有层状结构的离子晶体，其表而具有显著的负电性特征，这类物能强烈吸附一些含有醌亚胺结构（因含氮鎓离子而显正电性）的染料。研究表明，氢离子和氢氧根离子能改变染料分子的电性，对吸脱附过程具有重要影响。对于亚甲基蓝，碱性条件下可与氢氧根形成离子缔合物（该分子呈电中性），从表面发生脱附。酸性条件下离子缔合物被破坏，强烈吸附于固体表面。对于罗丹明B，碱性条件下除与氢氧根形成离子缔合物外，其分子结构中的羧基电离成羧酸根，整个分子呈负电性，难以吸附于固体表面。酸性条件下，离子缔合物被破坏，羧酸根与氢离子结合成羧基，整个分子呈正电性，强烈地吸附于固体表面。对于甲基橙，碱性条件下分子结构中不含醌亚胺单元，并含有苯磺酸根，整个分子呈负电性，难以在固体表面发生吸附。酸性条件下，分子结构发生改变，含有醌亚胺单元，从而被固体吸附。此外，推测可能是层状离子晶体表面易形成阳离子空位（如铋空位），正电性离子的缺失导致表面呈负电性。 4.用水热法人工合成了蕨叶状Cu2(OH)PO4枝晶材料。实验结果表明，NH4+和有机溶剂种类对Cu2(OH)PO4枝晶的形成有重要影响，制备中所涉及的控制因素有助于从实验上加深对枝晶生长的认识与理解。Cu2(OH)PO4晶体中均匀的分布着CuO4(OH)和CuO4(OH)2两种结构单元，两种结构单元具有不同的能级结构，有助于从分子层次上实现光生载流子的有效分离，提高光催化效率。而实验中材料所涉及的合成方法，可能对一些含Co，Cu，Cr，Zn，Ni，Ag，Ir，Pt材料的制备提供一些思路（这些元素能与NH3形成配合物）。此外，产物在可见光下能对亚甲基蓝进行降解。 5.苯酚是一种常见的有毒污染物，人体摄入后会引起中枢神经系统、肝肾、心肌、血液等多器官系统急性损害。本章以具有表面等离子体效应的Ag3PO4作为光催化剂，对苯酚进行了可见光降解实验。分析了Ag3PO4热力学稳定晶面以及不同晶面的原子组成比例，并使用紫外可见漫反射光谱测定了Ag3PO4的带隙能。此外，综述了Ag3PO4光催化活性方面的理论计算，包括电子-空穴的流动性、磷酸根的诱导效应、缺陷态银空位的势阱效应、能带结构以及各原子对各能带的贡献、电子-空穴的有效质量等方面的研究。