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近年来,光催化技术在减轻能源短缺和解决环境污染方面受到广泛关注。Cu20作为窄带隙(2.0eV)的n型半导体光催化剂,因其能够有效地利用可见光(约占太阳光的46%),在消除难降解污染物、裂解水产氢以及CO2还原等环境能源领域受到了关注。本论文在综合国内外大量相关文献的基础上,针对传统Cu2O光催化剂光化学稳定性差、光催化活性低的缺点,以及传统Cu2O复合光催化剂制备工艺复杂、成本高等缺点,以一种新型的环境友好的海藻酸钠水凝胶为模板同步合成一系列Cu2O/Cu@纳米碳材(Cu2O/Cu@CN)复合光催化剂,并用于光催化降解环境中的有机污染物的,探究其结构-效能关系,揭示有机污染物的催化降解机理,主要研究内容如下:1.以海藻酸钠水凝胶独特的交联位点固定Cu2+,通过原位沉淀和氮气保护下煅烧,在无还原剂和分散剂参与的条件下成功地同步原位合成Cu2O/Cu@CN复合光催化剂。考察了不同合成条件(海藻酸钠浓度、交联液Cu2+浓度和沉淀剂NaOH浓度)对复合材料的组成、结构和形貌的影响,并对其在可见光激发下降解甲基红(MR)的催化活性与样品形态间的构效关系进行探究。结果发现,一方面,海藻酸钠凝胶“蛋-盒”结构可以很好地固定Cu2+,其形成的三维水凝胶网络结构可以充分地分散Cu20纳米颗粒;另一方面,在Cu纳米颗粒的原位催化作用下,海藻酸钠水凝胶网络形成了不同结构形貌的纳米碳材(CN)。海藻酸钠凝胶液的浓度越高,复合催化剂的比表面积越大;交联液Cu2+浓度和沉淀剂NaOH浓度对Cu20的形态有很大的影响,通过控制交联液Cu2+浓度和沉淀剂NaOH浓度可以得到镶嵌结构的Cu20-碳纳米胶囊的样品,对光催化降解MB表现出优异的可见光催化降解性能,最优制备条件为海藻酸钠凝胶液浓度为5 wt%,交联液浓度为0.25 mol/L,沉淀剂浓度为0.5 mol/L,制得的复合光催化剂对MR最大降解率达到90%。EPR测试结果表明,光催化体系中活性物质包括·O2-自由基和·OH自由基。2.以海藻酸钠水凝胶为模板,选取Fe2+/Cu2+混合溶液为交联液,通过原位沉淀和无氧煅烧,制备出可回收的磁性Cu2O/Cu@CN复合光催化剂。同时考察了不同合成条件(交联液Fe2+/Cu2+比例、交联液总浓度和沉淀剂NaOH浓度)对磁性复合光催化剂组成、结构和形貌的影响,并对其在可见光激发下降解亚甲基蓝(MB)的催化活性和样品形貌间的结构-效能关系进行探究。结果表明,磁性Fe3O4纳米颗粒可以促进Cu2O/Cu@CN复合光催化剂的活性。最优制备条件为交联液Fe2+/Cu2+比例为1:2,交联液总浓度为0.2 mol/L,沉淀剂浓度为1.5 mol/L,制得的磁性复合光催化剂对MB的最大去除率达95%。磁滞回线结果表明,该磁性复合催化剂可在外加磁场的作用下进行回收,在4次循环后催化活性能保持90.5%以上。催化机理研究表明,光催化体系中活性物质主要包括·02-自由基,·OH自由基和1h+自由基。3.为了提高Cu2O/Cu@CN复合光催化剂的可见光催化活性,将氧化石墨烯(GO)掺入海藻酸钠凝胶液中,通过海藻酸钠原位还原作用将GO还原为rGO,并合成出了还原氧化石墨烯(rGO)掺杂的Cu2O/Cu@CN复合光催化剂。结果表明,借助于rGO良好的电子传导能力,制得的rGO掺杂的复合光催化剂优于无rGO掺杂的催化剂,具有更好的可见光催化降解对氯硝基苯(p-NCB)的性能,且rGO掺杂量升高更有利于提升复合催化剂的活性。自由基捕获实验和EPR研究表明该光催化体系中·O2-自由基为主要活性物质,·OH和h+自由基为次要活性物质。