中文摘要：

开发新型高效、稳定和廉价的可见光催化剂对于解决环境污染和能源短缺问题具有重要的科学意义和实用价值。基于我们的前期研究工作-发现锗酸盐宽带隙半导体因其独特的电子与晶体结构而具有良好的光催化氧化有机污染物性能，本项目拟窄化其带隙，开展锗酸盐可见光催化剂的制备、结构和性能研究。采用软化学方法如（溶胶-凝胶、水热、溶剂热、均相沉淀等）制备不同组成的锗酸盐光催化剂；结合量子力学理论计算、光电化学等方法，通过改变锗酸盐半导体化合物的化学组成，实现对锗酸盐半导体带隙以及带边位置的优化调变；在此基础上，研究组成、结构及表面状态对这类化合物可见光下光催化氧化有机污染物性能和活性稳定性的影响；揭示影响这类化合物光催化活性及稳定性的本质因素，发展出一系列高性能的可见光光催化剂。本研究不仅为开发新型可见光光催化剂提供一条新途径，也可以促进环境、能源、化学和材料等学科的交叉融合，具有重要的学术意义。

结论摘要：

基于前期研究工作，本项目开展锗酸盐可见光催化剂的研究。主要取得的进展如下（1）围绕 (Zn1+xGe)(N2Ox)，开展锗酸盐可见光光催化剂研究。首先优化(Zn1+xGe)(N2Ox)的合成方法，以水热法合成的Zn2GeO4纳米棒为前驱物代替原有的ZnO和GeO2混合物，通过催化剂的表征和活性评价，表明新方法合成的催化剂理化性能更优，催化活性更高；其次将具有d10ns2电子构型的Pb、Bi、Sn等金属元素引入(Zn1+xGe)(N2Ox)对其进行改性，发现Bi元素的掺杂能提高(Zn1+xGe)(N2Ox)的光催化活性；然后选用了近年的热点材料石墨相氮化碳（g-C3N4）和石墨烯与(Zn1+xGe)(N2Ox)复合，进一步提高(Zn1+xGe)(N2Ox)的光催化活性，研究发现石墨相氮化碳（g-C3N4）能和(Zn1+xGe)(N2Ox)构筑异质结构，提高其光催化氧化污染物的性能。（2）分别采用溶剂热和水热法合成了新型锗酸光催化剂（In2Ge2O7），对新催化剂进行详细表征和和研究其光催化性能，并采用化学荧光和顺磁共振的手段研究其光催化反应过程中的活性氧物种。研究表明新合成的锗酸铟光催化剂和以前研究的Zn2GeO4和Cd2Ge2O6锗酸盐光催化剂一样，能高效的降解水中的有机污染物，这种高效催化效率可以归因于反应体系中生成大量的羟基自由基。采用理论计算的方法分析表明合成的锗酸铟具有高活性的和其能带结构有关。研究中还对合成的In2Ge2O7和Zn2GeO4负载了Pt，Au和Ag，进一步提高锗酸盐光催化剂的光催化活性。与此同时开展了其他相关方面的研究工作，如使用超声雾化法合成了多元硫化物和不同元素掺杂的二氧化钛可见光光催化剂；采用模板法合成不同形貌的氮化碳，并将其应用于光催化灭菌和光催化合成的研究。