Bi_2Fe_4O_9材料由于其较窄的禁带宽度并对可见光具有一定的响应，是一种备受关注的可见光催化材料，然而其特殊的能带结构，限制了它的应用。本文将具有高导电率的石墨烯与Bi_2Fe_4O_9复合，采用一步水热法制备出Bi_2Fe_4O_9/石墨烯复合可见光催化剂，主要研究内容和结果如下：

1. 首先对适合Bi_2Fe_4O_9形成的溶剂进行了选择。由于硝酸铋在水中极易水解，不宜做为该水热反应的溶剂。本文中选择的溶剂有三种，分别为稀硝酸、乙二醇和丙酮。稀硝酸的引入，有效解决了硝酸铋的溶解问题，但大大降低了前驱体的pH值，而形成Bi_2Fe_4O_9需要较高的pH值，故需要非常高浓度的NaOH做为矿化剂才能合成Bi_2Fe_4O_9晶体。乙二醇做为溶剂，不仅解决了硝酸铋的溶解问题，也在一定程度上降低了矿化剂NaOH的使用浓度。丙酮做为溶剂，更进一步降低了矿化剂NaOH的最低使用浓度(5 M)，最有利于后面复合材料的生成。

2. 利用水热法，以硝酸铁、硝酸铋和氧化石墨烯为原料，以12 M的NaOH溶液为矿化剂，在180 ℃下水热处理3 d一步合成了微米片状Bi_2Fe_4O_9/石墨烯复合材料。同时，氧化石墨烯在碱性水热条件下被还原为了石墨烯。氧化石墨烯的添加量对产物的物相影响并不大，氧化石墨烯较大的表面能能够诱导Bi_2Fe_4O_9形成更多的晶核，从而抑制其长大，使Bi_2Fe_4O_9微米片的尺寸较小。但当氧化石墨烯的加入量超过5 wt%时，产物在石墨烯片层的作用下发生了一定程度的团聚。

3. 经过研究不同矿化剂浓度、水热反应温度和水热反应时间得到的复合材料的物相和形貌，解释了Bi_2Fe_4O_9微米片形成过程。Bi_2Fe_4O_9生长过程遵循“溶解-形核-结晶”的生长模式：首先，前驱物Fe(OH)_3和Bi(OH)_3溶解；然后在石墨烯的静电吸引力作用下，离子团在石墨烯表面形核；最后结晶生长，生成微米片Bi_2Fe_4O_9。

4. 石墨烯含量对复合材料可见光催化活性影响较为明显。随着石墨烯含量的增加，光催化活性呈现先增强后下降的趋势。添加量为5.0 wt%的复合材料的可见光催化降解活性最高，可见光催化降解反应速率为单一相的Bi_2Fe_4O_9粉末的13.6倍，3 h对甲基紫的降解率达到95%。并且该复合材料的光学带隙从2.0 eV减小至1.68 eV。电化学阻抗研究表明复合材料的电荷转移电阻明显小于单一相的Bi_2Fe_4O_9材料，说明石墨烯的存在明显增强了复合材料中电子-空穴对的分离速率；光致发光光谱显示Bi_2Fe_4O_9/石墨烯复合材料在465 nm处发射峰峰强更低，说明复合材料中光生电子-空穴对的复合率降低。这说明石墨烯这种优良电子载体的引入，使光生电子迅速转移至石墨烯表面，阻止了光生电子-空穴对的重组，这是复合材料光催化反应活性提高的主要原因。