采用一步水热法合成了g-C₃N₄/Bi₂WO₆(MCN/BWO)异质结光催化剂，用于降解左氧氟沙星(LEV)。在模拟太阳光照射下，摩尔比为1 : 1的MCN/BWO对LEV的降解率达到98.14%，这归因于MCN和BWO之间形成了S型异质结。原位XPS分析和表面功函数测量证实了电子转移路径遵循S型异质结机制。MCN/BWO体系中S型异质结产生的内建电场(IEF)促进了光生电子(e⁻)从BWO的导带(CB)直接转移到MCN的价带(VB)。这一过程实现了光生电子-空穴对(e⁻-h⁺)的有效分离，h⁺在BWO的VB上积累，e⁻在MCN的CB上积累。自由基捕获实验表明，超氧自由基(·O₂⁻)和h⁺是主要的活性物种。除了表现出优异的光催化性能外，该催化剂在连续三个循环中保持了良好的稳定性。为了阐明降解机制，采用液相色谱-质谱(LC-MS)和定量构效关系(QSAR)分析来鉴定降解途径、中间产物和潜在毒性。本研究为废水处理应用提供了理论基础。

热电池作为一种一次贮备电池，具有高比能、高功率密度等优势，然而开发高比容量与高热稳定性的新型正极材料以适应新时期的热电池需求仍然存在巨大的挑战。Wadsley-Roth晶体剪切结构的铌钨氧化物作为锂离子电池负极材料表现出优异的倍率和循环循环性，其中Nb₁₂WO₃₃因内部具有独特的3D隧道，可以为Li⁺提供快速的脱嵌通道，因而具有优异的储锂性能。鉴于其具有较好的热稳定性及电化学稳定性，本文首次提出将Nb₁₂WO₃₃作为热电池正极材料，并在室温下使用电化学阻抗谱(EIS)来探究材料内部电子电导率阻抗变化规律。研究发现Nb₁₂WO₃₃电极电化学阻抗谱测试的Nyquist图显示在工作平台电位范围内，高、中频区出现了三个圆弧的独特现象，这主要归属于电子在Nb₁₂WO₃₃电极内部的传导，而与电子电导相关的电阻呈现先增大后降低的规律。采用该材料构筑的热电池单体电池在500 ℃、500 mA·g⁻¹的电流密度(截止电压1.5 V)下放电，其具有436.8 mAh·g⁻¹的高比容量，脉冲放电的平均极化内阻为0.52 Ω。因此，Nb₁₂WO₃₃作为高比容量、高热稳定性热电池的正极材料非常具有潜力，本研究为其他铌钨氧化物作为热电池正极材料的研究开辟了新道路。

开发新型纳米材料实现光催化产氢耦合有机物转化、提高太阳能到化学能的转换效率，在解决能源和环境危机方面具有巨大潜力。三元金属硫化物具有可调控的带隙和优异的可见光响应，在光催化分解水产氢方面引起了广泛关注。其中，Zn_0.5Cd_0.5S是一种带隙较窄、导带位置较高、耐光腐蚀的还原型光催化剂；然而，单一Zn_0.5Cd_0.5S中光生电子和空穴的复合率较高，只有少部分光生载流子参与光催化反应，导致量子效率较低而无法达到实际需求。WO₃是一种典型的氧化型光催化剂，具有较低的价带位置和较强的氧化能力，是与Zn_0.5Cd_0.5S耦合构建S型异质结的理想半导体。基于此，本文通过静电纺丝和水热方法将Zn_0.5Cd_0.5S纳米片垂直生长在WO₃纳米纤维上，制备了具有核壳结构的WO₃/Zn_0.5Cd_0.5S异质结。功函数的差异驱动Zn_0.5Cd_0.5S的电子转移到WO₃上，在界面处形成内建电场并使能带弯曲。通过原位光照X射线光电子能谱、电子顺磁共振和时间分辨荧光光谱分析，发现在内建电场、弯曲能带和库仑吸引力的作用下，WO₃导带上的光生电子迁移到Zn_0.5Cd_0.5S价带上并与其光生空穴复合，表明WO₃和Zn_0.5Cd_0.5S之间形成了S型异质结，实现了具有强氧化还原能力的载流子的高效分离。得益于独特的S型光催化机制以及反应物在催化剂表面的有效吸附与活化，在没有贵金属助催化剂的情况下，WO₃/Zn_0.5Cd_0.5S异质结在产氢(715 μmol∙g⁻¹∙h⁻¹)和乳酸转化为丙酮酸方面表现出增强的光催化活性，实现了光生电子和空穴的高效利用。原位漫反射傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论计算揭示了光催化产氢和有机物转化的反应机理。本工作为设计和研究新型S型异质结光催化剂、实现高效产氢耦合有机物转化提供了新的见解。

随着工业化社会的不断发展，环境问题日益严重。尤其是工业废水问题一直是催化降解领域的研究热点。光催化与高级氧化工艺(AOPs)耦合技术因为具有高效、无选择性、处理条件温和等特点，被认为是一种高效的有机污染物降解技术。本文以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂作为模板，采用简单的水热法制备了钨酸铋(Bi₂WO₆)纳米花。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)技术对其微观形貌、晶相、表面化学元素状态和光学性质进行了表征。为了研究钨酸铋(Bi₂WO₆)纳米花的催化性能，在不同催化体系下降解有机污染物罗丹明B (RhB)，实验发现，于vis/过硫酸盐(PMS)/Bi₂WO₆体系下，40 min内对RhB的去除率高达96.39%，明显优于PMS/Bi₂WO₆ (40 min内去除率为38.77%)和vis/Bi₂WO₆ (40 min内去除率为31.82%)体系，表明可见光照射和PMS的协同作用加速了Bi₂WO₆对RhB降解的催化活性。此外，还研究了催化剂剂量、PMS浓度、pH值和离子浓度等环境参数对催化体系催化性能的影响。结果表明，环境参数对vis/PMS/Bi₂WO₆系统中RhB的去除率影响不大，RhB的去除率也高达90%。相反，环境参数对vis/PMS/Bi₂WO₆体系下催化降解率(K)有明显影响，K值会随着催化剂剂量和PMS浓度的增加而增大。在pH不同环境下，K值会随着催化体系中pH值的升高，先增大后减小。当催化体系中的pH = 7时，催化降解率达到最大值(0.1502 min⁻¹)。有趣的是，体系中Cl⁻的存在有利于提高催化降解效率。相反，体系中CO₃²⁻的存在会明显抑制催化降解效率。循环实验的结果也验证了催化剂在降解有机染料方面具有良好的稳定性。此外，淬灭实验和EPR测试结果表明，超氧自由基(•O− 2)和单线态氧(¹O₂)对有机污染物的降解起着重要作用。Bi₂WO₆在vis/PMS协同催化体系中的优异催化活性得益于其显著的可见光响应下光催化活性和铋离子对PMS的超强活化能力。