在过去的二三十年里,由于现代工业的快速发展,全球化石燃料的需求量呈几何指数的增加,从而导致能源及环境问题日益严峻。因此,寻求可以替代的化石燃料成为世界范围内急需解决的重大问题。二维材料由于具有优异的物理与化学性质,在能量储存、化学催化、光电子器件等领域成为研究的热点。模拟光合作用,利用光电转换技术实现太阳能到电能的转化,进而可以实现可持续能源的重复利用。目前,所有光电转化材料中,基于无机材料的太阳能转化技术已经比较成熟,但这种技术对于材料的高纯度要求、较高的制造成本以及废液污染等因素都严重影响了它的大规模生产应用。基于这些原因,从基础研究的角度考虑,开发新的、高效率、低成本、绿色环保的功能化有机光伏材料被认为是最具前景的方案之一。另外一个可再生能源的研究热点就是碳资源。C02气体是整个地球碳循环中非常重要的一环。在自然界中,C02气体主要是来源于有机物的腐烂,动植物的燃烧和呼吸,植物的光合作用再将C02重新代入到碳循环中,进而为整个生物链提供生存所需的能量。但是由于人类的活动,特别是化石燃料的燃烧,严重破坏了自然界的碳平衡。基于这个原因,如何设计并开发新的催化材料实现有效的CO2气体减排并重新利用生成液体燃料,也成为了最新基础研究的前沿热点。本文的主要内容是利用先进功能材料来实现可再生能源的能源转化,并且达到环境友好的目的。主要工作如下：1.设计并合成了基于小分子廉价染料靛蓝的先进功能化二维有机共轭光电材料,实现了基于廉价靛蓝有机光伏小分子的制备表征,并同时实现产物的可溶性及反应的可控性,该种二维分子调控策略实现了在有机小分子中很难实现的从300 nm到750 nm可见光范围的全光谱高效吸收,这一策略为有机光电材料的设计在方法学上提供了全新的思路；2.合成了具有先进功能化π电子体系的二维定向具有光电活性的共价有机框架材料(Covalent organic frameworks-COFs)薄膜。以典型的COF, LZU1-COF为例,详细的研究了不同因素对薄膜生长过程的控制,包括薄膜晶体在不同生长时间、不同单体浓度和不同衬底的对比等影响因素。并利用掠入射广角X-射线散射(GIWAXS)测试薄膜的内部结构。首次揭示了COFs薄膜生长过程的,并通过化学掺杂提高了材料的导电性,为材料在有机光电转化中的应用提供了基础；3.利用先进功能化材料——氮掺杂二维石墨烯(N-graphene)电催化还原CO2为液体燃料,实现大气中C02的减排问题,并同时可以催化转化为可利用的能源。首次利用合成的非金属氮掺杂石墨烯催化剂的在水电解质中电催化还原二氧化碳生成甲酸,反应中可以在相当低的过电压条件下实现选择性明显的提高,电流密度增加,稳定性提高等性能。实现了非金属催化剂N-graphene电催化还原CO2为甲酸,在-0.78 V过电压的情况下转化率为73%的高效转化。