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化石燃料的过度消耗使得大气中二氧化碳(CO2)的浓度持续上升，引发了严重的温室效应和能源危机。利用光电技术将CO2转化为高附加值的低碳产品是当前研究的热点。二氧化锡(SnO2)半导体具有电子迁移率快、催化活性高、稳定性好等优点，对CO2还原制甲酸(HCOOH)反应有较高的催化活性和选择性，但是，SnO2也存在禁带宽度大、能量利用率低等缺点。利用元素掺杂和半导体复合等方法可以对SnO2材料的光电性能进行优化。根据以上思路，本文利用(Cu,N)和(Bi,S)(施主-受主对)共掺杂和g-C3N4纳米片半导体复合对SnO2进行改性，从而进一步提高对CO2的催化性能，拓宽其在光电催化领域的应用。本文研究的主要内容如下：
(1)以SnCl4·5H2O作为前驱体，CuCl2和尿素分别作为铜源和氮源，通过水热法成功制备出(Cu,N)共掺杂SnO2材料，并对其光电催化还原CO2性能进行研究。XRD、FTIR、XPS和UV-vis等物相结构表征证明掺杂的Cu、N原子进入到了SnO2晶格内部，并取代晶格中的Sn和O，(Cu,N)的掺杂使得SnO2禁带宽度由3.45eV降低到3.33eV，明显提高对可见光的吸收性能。CV、LSV、EIS、Tafel等光电化学表征表明(Cu,N)共掺杂可明显提高SnO2材料对CO2还原的催化活性、选择性和稳定性，当掺杂比例达到7%时，-1.7V处电流密度最大(11.7mA?cm-2)，电荷转移阻抗最小，Tafel斜率也最小，表明7%为最佳的掺杂比例，此时光电催化活性最高，电子传输最快。在-1.4V恒电压电解下产物HCOOH的产量达617.35mg?L-1，法拉第效率为54.97%，同时，该材料在CO2和N2气氛中光电流响应均大于纯SnO2，表明(Cu,N)共掺杂可以有效提高SnO2材料对CO2的光催化性能，结合密度泛函理论(DFT)计算结果分析，由于(Cu,N)掺杂在SnO2中形成了新的缺陷能级，能够提高还原过程中的电荷转移，进而提高改性材料对CO2还原反应的催化性能。
(2)通过水热法成功制备出(Bi，S)共掺杂SnO2材料，并将其作为阴极用于光电催化还原CO2制HCOOH中，研究表明掺杂的Bi、S原子成功取代SnO2晶格中的Sn和O，同时掺杂后的催化剂具有更多的氧空位。当掺杂比例为3%时，(Bi，S)共掺杂SnO2材料具有最小的微粒半径、分散性最好，且该比例下催化剂对CO2还原表现出最优的性能、对产物HCOOH的选择性也最好。在-1.4V电压下，电流密度达到10mA·cm-2，电荷转移阻抗仅为8.119Ω，Tafel斜率为124.8mV?dec-1，过电势可低至360mV，HCOOH的法拉第效率达到55.6%，同时在CO2和N2气氛下的光电流响应大于纯SnO2。此外，该催化剂在-1.0V电压下电流密度10h内没有衰减，稳定性良好。
(3)以上述制备的(Bi,S)掺杂SnO2为主体，通过水热法将液相剥离的g-C3N4纳米片半导体作为助催化剂与主体催化剂复合。由XRD、SEM、UV-vis等表征确定g-C3N4在异丙醇溶液中可被超声剥离为单层的g-C3N4纳米片，增大其比表面积，并且剥离后的g-C3N4的禁带宽度由2.65eV增大到2.74eV，具有更好的还原性能。进一步通过FTIR、XPS和TEM证明g-C3N4纳米片成功负载到(Bi,S)掺杂SnO2表面。通过CV、LSV、EIS、I-T等光电化学表征确定g-C3N4纳米片复合明显提高SnO2材料在CO2还原制HCOOH反应中的催化活性，当负载比例为1%时，HCOOH的法拉第效率达到61.45%，这比(Cu,N)、(Bi，S)共掺杂SnO2二种材料效果更好，进一步表明在SnO2基材料上负载g-C3N4纳米片半导体可以有效提高其光电催化活性。
(1)以SnCl4·5H2O作为前驱体，CuCl2和尿素分别作为铜源和氮源，通过水热法成功制备出(Cu,N)共掺杂SnO2材料，并对其光电催化还原CO2性能进行研究。XRD、FTIR、XPS和UV-vis等物相结构表征证明掺杂的Cu、N原子进入到了SnO2晶格内部，并取代晶格中的Sn和O，(Cu,N)的掺杂使得SnO2禁带宽度由3.45eV降低到3.33eV，明显提高对可见光的吸收性能。CV、LSV、EIS、Tafel等光电化学表征表明(Cu,N)共掺杂可明显提高SnO2材料对CO2还原的催化活性、选择性和稳定性，当掺杂比例达到7%时，-1.7V处电流密度最大(11.7mA?cm-2)，电荷转移阻抗最小，Tafel斜率也最小，表明7%为最佳的掺杂比例，此时光电催化活性最高，电子传输最快。在-1.4V恒电压电解下产物HCOOH的产量达617.35mg?L-1，法拉第效率为54.97%，同时，该材料在CO2和N2气氛中光电流响应均大于纯SnO2，表明(Cu,N)共掺杂可以有效提高SnO2材料对CO2的光催化性能，结合密度泛函理论(DFT)计算结果分析，由于(Cu,N)掺杂在SnO2中形成了新的缺陷能级，能够提高还原过程中的电荷转移，进而提高改性材料对CO2还原反应的催化性能。
(2)通过水热法成功制备出(Bi，S)共掺杂SnO2材料，并将其作为阴极用于光电催化还原CO2制HCOOH中，研究表明掺杂的Bi、S原子成功取代SnO2晶格中的Sn和O，同时掺杂后的催化剂具有更多的氧空位。当掺杂比例为3%时，(Bi，S)共掺杂SnO2材料具有最小的微粒半径、分散性最好，且该比例下催化剂对CO2还原表现出最优的性能、对产物HCOOH的选择性也最好。在-1.4V电压下，电流密度达到10mA·cm-2，电荷转移阻抗仅为8.119Ω，Tafel斜率为124.8mV?dec-1，过电势可低至360mV，HCOOH的法拉第效率达到55.6%，同时在CO2和N2气氛下的光电流响应大于纯SnO2。此外，该催化剂在-1.0V电压下电流密度10h内没有衰减，稳定性良好。
(3)以上述制备的(Bi,S)掺杂SnO2为主体，通过水热法将液相剥离的g-C3N4纳米片半导体作为助催化剂与主体催化剂复合。由XRD、SEM、UV-vis等表征确定g-C3N4在异丙醇溶液中可被超声剥离为单层的g-C3N4纳米片，增大其比表面积，并且剥离后的g-C3N4的禁带宽度由2.65eV增大到2.74eV，具有更好的还原性能。进一步通过FTIR、XPS和TEM证明g-C3N4纳米片成功负载到(Bi,S)掺杂SnO2表面。通过CV、LSV、EIS、I-T等光电化学表征确定g-C3N4纳米片复合明显提高SnO2材料在CO2还原制HCOOH反应中的催化活性，当负载比例为1%时，HCOOH的法拉第效率达到61.45%，这比(Cu,N)、(Bi，S)共掺杂SnO2二种材料效果更好，进一步表明在SnO2基材料上负载g-C3N4纳米片半导体可以有效提高其光电催化活性。