摘要
随着工业化的快速发展和环境问题的加剧，有机污染物在全球范围内成为难以治理的突出问题。近年来，人们采用了物理吸附、生物降解和化学氧化等多种方法来解决这一严重问题。然而，这些方法存在高成本、降解难、二次污染和其他次生问题。开发一种经济有效、环境友好、高效的污水处理系统仍然是一个巨大的挑战，光催化被视作最有前景的能源和环境问题的解决方案之一。在太阳光谱中，可见光(400-750nm)的比例为43％，远高于紫外光(4％)，这使得研究人员热衷于开发各种可以被可见光激活的光催化剂。这些光催化材料包括g-C3N4、铋系半导体和过渡金属硫化物，然而许多光催化剂的光催化活性受到光子的光响应范围和量子效率的限制。据报道，构建异质结构光催化剂可以显著地结合两种或两种以上具有匹配能带结构的半导体材料的优点，同时实现光吸收范围的扩展和电荷分离效率的提升。本工作采用一系列不同方法来构建异质结，提高铋系半导体的光催化性能。 (1)通过酸碱改性，原位合成了不同含量的Bi2O2CO3/BiOIp-n异质结光催化剂。该材料通过利用Bi2O2CO3和BiOI能级匹配的特点，成功构建p-n结，提供足够的异质结接触界面，从而有效抑制光诱导产生的电子-空穴对的重组，显著提升光催化性能。在可见光下，Bi2O2CO3/BiOI复合材料显示出比纯Bi2O2CO3和BiOI具有更高的光催化活性，其对罗丹明B(RhB)的光催化降解速率约为纯Bi2O2CO3的16倍和纯BiOI的2倍。同时，其可见光下两小时内对双酚A(BPA)、环丙沙星(CIP)和四环素(TC)均能降解50％以上，在污水处理中具有广谱性。 (2)通过简单的一锅室温法合成了具有良好光催化性能的Bi2O2CO3/Bi4O5Br2还原氧化石墨烯Z型异质结。Bi2O2CO3和Bi4O5Br2的超薄纳米片是在rGO上原位生长的。Bi2O2CO3/Bi4O5Br2形成的富含氧空位(OVs)的二维/二维(2D/2D)Z型异质结有效地导致了Bi4O5Br2较低的负电子还原电位以及Bi2O2CO3较高的正电子氧化电位，显示出更好的还原/氧化能力。CO2到CO的光催化还原效率(12.91μmol·g-1·h-1)比纯BOC(4.18μmol·g-1·h-1)高3倍。此外，它还在2小时内实现了对RhB和蓝藻细胞几乎100％的去除。这项工作提出了一种简便的方法来实现具有2D/2D分层结构的Z型异质结，以扩大Bi2O2CO3和Bi4O5Br2的光催化性能，用于各种环境应用，如减少二氧化碳、去除水中的有机污染物和蓝藻。 (3)本工作通过简单的室温搅拌法，制备了Bi2O2CO3/BiOCl/g-C3N4三元异质结材料，引入富含氧空位的g-C3N4构建双Z型异质结。其中氧空位可以捕获电子，缩小带隙，以及促进底物在催化剂表面的吸附，表面氧空位可以作为电子俘获点，抑制电子-空穴对的重新结合，从而实现对光催化性能的增强作用，。Bi2O2CO3/BiOCl/g-C3N4复合材料的RhB降解效率(0.0209min-1)能够达到纯Bi2O2CO3(0.0011min-1)、纯BiOCl(0.0071min-1)和纯g-C3N4(0.0012min-1)的19倍、2.9倍和17.4倍，同时也是Bi2O2CO3/BiOCl复合材料的(0.0089min-1)的2.3倍。同时该材料对土霉素(OTC)、环丙沙星(CIP)和盐酸金霉素(CTC)也具有良好的降解能力，因此在抗生素去除中也具有潜在的应用价值。
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