环境污染和能源危机已成为21世纪社会发展面临的两大挑战,半导体光催化技术能够以太阳能为驱动力实现废水中污染物的消除,还可将温室气体CO2转化为高附加值的化石燃料,被认为是解决以上问题的理想途径。但高效率光催化剂的开发仍存在载流子复合速率快以及氧化还原能力不足等问题。因此,如何从动力学上改善光生载流子的传输与分离能力,并有效增强催化剂的氧化还原能力是高效光催化剂开发的关键。近年来,从仿生学角度出发,模拟自然界绿色植物光合作用的Z型异质结在继承传统异质结优势的基础上,改变光生载流子的传输方式,有效提高催化剂的氧化还原能力,在高效催化剂开发方面取得了突破性进展。然而迄今为止,Z型光催化剂的开发仍存在一些关键问题有待解决,其中包括半导体间的能带结构匹配、电荷载流子传输路径的调控以及如何进一步增强Z型催化剂的氧化还原能力等。针对以上问题,本论文以铋基半导体材料（Bi VO4和Bi OBr）为研究对象,制备了可见光响应的直接Z型光催化剂,并对其光催化性能和机理进行了研究,主要研究工作如下:从能带结构匹配的角度出发,选择钒酸铋（Bi VO4）和硅酸银（Ag6Si2O7）作为活性材料,将Ag6Si2O7纳米粒子选择性地沉积在Bi VO4的高活性晶面上制备Z型异质结光催化剂Bi VO4{040}/Ag6Si2O7。通过对Bi VO4晶面结构的精细调控,在其不同晶面间形成表面异质结,促进了其自身光生电子和空穴的分离。该Z型异质结表现出优异的光降解性能,相比于纯相Bi VO4,最佳的Bi VO4{040}/Ag6Si2O7对Rh B的降解速率提高了28.2倍。其光催化剂性能提高的主要原因是:一方面,Z型异质结的构建不仅能够促进光生载流子在异质结界面上的传输和分离、提高可见光的利用率,而且能够增强光催化剂的氧化还原能力;另一方面,表面异质结的电荷预分离效应有利于光催化体系中产生更多的光生载流子,二者共同作用促进光催化性能的提升。针对倾向于形成传统异质结的半导体,选择能带结构匹配良好的第三组元半导体,通过表面修饰的策略调控其载流子传输机制,使其转变成更有利于光催化反应的Z型异质结,从而提高光催化性能。本论文中,将锡酸铋（Bi2Sn2O7）纳米粒子修饰在传统异质结Bi VO4@Zn In2S4的表面,使Bi VO4与Zn In2S4之间的光生电子传输路径转变为Z型,成功制备出“对称式”三元双Z型异质结Bi VO4@Zn In2S4/Bi2Sn2O7。该异质结的构建不仅能够促进可见光的吸收、抑制光生载流子的再复合,同时也能够增大发生光还原反应的表面、增强催化剂的氧化还原能力。所制备的三元光催化剂对Rh B的降解速率分别是Bi VO4、Bi2Sn2O7、Bi VO4@Zn In2S4、Zn In2S4/Bi2Sn2O7的63、12、2.7和5.1倍。在以上两个工作的基础上成功构筑了Z型异质结,并通过缺陷工程的策略将氧空位引入到Z型异质结中,二者协同作用进一步提升Z型异质结的性能。本论文中通过溶剂热法合成具有氧空位的溴氧化铋（Vo-Bi OBr）纳米花,并与Bi2Sn2O7纳米粒子构成Z型异质结。与无氧空位的Bi OBr/Bi2Sn2O7相比,Vo-Bi OBr/Bi2Sn2O7具有更加优异的光催化降解性能,其主要原因是:氧空位的引入导致Bi OBr的导带位置上移,增强Z型异质结的还原能力;引入氧空位能够在Bi OBr的禁带间形成缺陷能级,该能级可以捕获其自身导带上的光生电子,进一步促进光生载流子的分离,并且缺陷能级的存在也增大了可以发生还原反应的表面;此外,缺陷能级会导致新的电子跃迁路径的形成,促进可见光的吸收。同时,还原能力的增强有利于对热力学要求较高的光催化还原CO2反应的进行。本文对构建高效Z型光催化剂面临的问题进行分析,从能带结构匹配以及氧化还原能力提升的角度考虑,通过晶面调控、表面修饰以及氧空位引入的策略实现了高效铋基Z型光催化剂的开发。