自然界中,大多数生物依靠太阳能通过独特而复杂的生化过程来实现CO2转化,例如自然光合作用能使生物得以生存和繁衍。随着人口大幅增长,自然光合作用难以满足巨大的能量和食物需求。其原因在于自然光合作用是由几十个生化反应连续组成,该体系复杂、不易控制,所以CO2的光驱动还原转换效率不高。受自然光合作用启发,人工光合作用可利用材料可控构筑原理,实现CO2还原的高效转化。本论文以半导体的光电化学体系模仿自然光合作用,探索该过程中的电荷转移的速控步骤和动力学规律,希望得到相关的认识。我们通过系统的光电化学测试详细地研究了CuBi2O4光电阴极上CO2还原过程中的电荷转移反应速率,分析了CO2还原反应动力学行为,阐明了CuBi2O4材料在光电催化体系中的各种限制因素。具体研究内容包括:（1）利用氨丙基修饰的非晶SiOx层提高CuBi2O4的电荷分离效率,发现表面正电层对催化CO2还原反应动力学影响不明显。采用恒电位电化学沉积Cu-Bi合金,经旋涂、退火处理制成CuBi2O4薄膜;进一步水解硅氧烷APTES后在CuBi2O4薄膜表面得到具有氨丙基的非晶SiOx层（记为CuBi2O4/APTES）。我们对所制成的薄膜材料进行SEM形貌、XRD结构、XPS表面成分以及Mott-Schottky能带结构和瞬态光电压谱等电荷分离行为分析;对所制备的光电电极的光电CO2还原性能和电化学稳定性进行了研究。利用光强耦合光电流（IMPS）谱、瞬态光电流（TPC）谱、光电化学阻抗（PEIS）谱、光电效率转换（IPCE）谱等光电化学测试对电荷分离、转移和复合进行了详细研究。（2）利用金属有机框架（MOF）结构提高了CuBi2O4光阴极的稳定性,使其表面形成有序结构,催化CO2还原并探究其反应动力学。通过原位生长的方法制备了MOF修饰的CuBi2O4薄膜电极,对比Cu和Bi不同的金属中心所形成的MOF结构,以电子牺牲剂为外标比较了修饰后电荷的分离和转移效率。以瞬态光电流谱、光电化学阻抗谱和光强耦合光电流谱等方法,详细研究了复合材料的光电催化CO2还原反应的电荷转移动力学规律。结合密度泛函理论（DFT）计算说明,反应的限速步骤对于电荷转移的机制影响较为明显。通过对CuBi2O4光阴极的非晶二氧化硅层和结晶金属有机框架结构层修饰,研究了表面修饰对于CO2还原的稳定性、动力学反应规律。初步探明CuBi2O4光阴极表面光电催化CO2还原反应的主要瓶颈仍然在于较弱的电荷分离效率,以及较低的表面电荷的累积浓度。我们发现电荷快速、高效转移到电极表面形成高浓度电荷层,对于人工光合作用中CO2还原过程尤为重要。