摘要
在社会与科技飞速发展时期，大量能源被快速消耗，引起了能源危机、环境污染和生态破坏等问题，亟需解决。半导体光催化技术使用光能驱动将CO2还原成碳基燃料，有望可以解决人类所面临的环境和能源问题。近年来，具有独特层状结构的BiOCl光催化材料因其较好的光催化活性而受到广泛的关注，但是BiOCl材料存在光吸收范围仅限于紫外光区且光生载流子分离效率低等不足。本文针对BiOCl材料进行改性研究，通过形貌调控、富铋策略、异质结和表面缺陷的构筑有效提升了其可见光光吸收能力和光生载流子的分离效率，进而有效地提高了材料的光催化CO2还原性能。此外，对所制备氯氧铋基材料的组成、结构、光电化学性质以及可能的光催化机理进行了研究。具体内容如下： 1.通过球磨法辅助制备多孔BiOCl超薄纳米片。透射电镜结果证实所制备BiOCl超薄纳米片的表面明显存在多孔结构。多孔结构的构筑暴露出更多的（001）晶面，构成（110）/（001）晶面异质结，提高了光生载流子的分离和迁移效率。BiOCl纳米片孔结构的构筑暴露出更多的活性位点，从而提升其光催化CO2还原性能。进一步通过原位傅里叶变换红外光谱分析了光催化CO2还原过程，发现COOH*是主要的中间产物，并给出了可能的光催化机理。 2.常温常压下，通过简单的机械搅拌法将不同含量的碳化聚合物点（CPDs）均匀地负载在超薄Bi12O17Cl2纳米片表面制备了CPDs/Bi12O17Cl2复合材料。分析了所制备材料的组成、形貌及光电性能。产氧性能测试证实了CPDs/Bi12O17Cl2复合材料的光生载流子以Z型迁移。CPDs/Bi12O17Cl2光催化CO2还原性能的提升归因于增强的可见光吸收能力、光生载流子分离/迁移效率和更多暴露的活性位点。结合原位傅里叶变换红外光谱给出了可能的光催化机理。 3.通过溶剂热法构筑了二维PbBiO2Cl（PBOC）原子层材料，然后在H2/Ar混合气氛中煅烧制备出不同表面氧空位浓度的PBOC原子层材料。一系列表征和理论计算结果表明，富氧缺陷（ROVs）原子层结构的构筑有利于光生电子的分离和迁移，且OVs可以作为CO2分子和中间产物COOH*的吸附活化位点，从而提高材料光催化CO2还原性能。在氙灯照射下，ROVPBOC-1原子层材料表现出最大的CO产率（16.02μmolg-1h-1），分别是PBOC原子层和块状PBOC的2.7和18.0倍。通过原位傅里叶变换红外光谱并结合理论计算提出了可能的光催化机理。
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