CO₂是主要的温室气体之一,如何循环利用CO₂是近年来广泛关注的热点话题。利用太阳能和半导体催化剂,通过光催化过程将CO₂和H₂O分子转化为烃类燃料的技术引起了研究者广泛的兴趣。而寻找合适的半导体材料则是研究光催化反应至关重要的一环。本论文旨在寻找一系列具有较高催化反应活性的半导体催化材料,并研究探讨光催化还原CO₂反应机理。本论文主要研究内容和结论如下:不同微观形貌的TiO₂合成及其光催化性能:我们制备了三种具有不同形貌的TiO₂晶体,并对它们的光催化还原CO₂性能进行了研究。发现合适的（001）和（101）晶面暴露比例对于提升TiO₂晶体的光催化还原性能有着重要作用。锐钛矿TiO₂（001）晶面可控合成及其催化性能:由于F-能够提升TiO₂晶体（001）晶面的稳定性,所以大家普遍认为F-浓度能够有效调节（001）晶面暴露比例。通过试验与DFT计算的结合,我们提出并验证了HF分子是TiO₂（001）晶面暴露的关键因素这一观点。我们认为锐钛矿TiO₂（001）晶面暴露比的提高,主要原因是HF分子能够在不影响（101）晶面的同时,极大的降低（001）晶面的表面张力。针对光催化还原CO₂和光催化分解水两个体系,我们合成了不同的具有合适（001）晶面比例的Ti O₂晶体,提升了催化反应性能。负载贵金属的TiO₂设计、制备及光催化还原性能:我们合成了一系列贵金属（Pt,Ru）纳米颗粒负载于TiO₂催化剂。通过对比其光催化还原CO₂活性,我们发现两种贵金属虽然都能提升催化反应活性,但对催化反应的选择性影响却不尽相同。同时通过向反应体系内通入H₂发现,H₂可能是光催化还原选择性生成CH₄的关键因素。反应气氛中H₂的存在能极大提升CH₄的产率。因此负载贵金属提升催化剂光催化分解水的能力,有助于提高其光催化还原CO₂反应CH4的选择性。