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工业革命以来,化石燃料燃烧等人类活动排放了大量二氧化碳（CO2）,显著影响了自然界碳循环的平衡,导致了全球气候变化等一系列严重的环境问题。利用太阳能将CO2转化为一氧化碳（CO）等高附加值工业原料被认为是缓解CO2过量排放导致的环境压力的一种有效途径。然而,由于CO2分子稳定性较高,光催化CO2还原势垒较大,催化反应过程复杂等原因,目前光催化CO2转化还存在着能量转换效率偏低,选择性较差等瓶颈问题。CO2分子在低浓度下很难在催化剂表面吸附、活化,从而不利于催化转化反应的发生。为了提高CO 2光催化转化的活性和选择性,目前绝大部分研究都是使用高纯CO2作为研究对象。但是,人类活动排放的CO2浓度往往较低,如热电厂烟气中的CO2浓度约在3%-15%之间。CO2捕集、提纯、浓缩等过程不仅需要特殊的设备,还伴随着巨大的能量消耗和新的碳排放。因此,开发高效光催化体系将工业废气中的低浓度CO2直接转化为高附加值的化学原料,对于人为排放CO2的高值利用具有重大意义。金属催化位点在CO2光催化转化中往往起到了活性中心的作用。因此,调节催化剂的金属催化位点有望为低浓度CO2光催化转化提供高效催化剂,为催化机理的理解提供良好研究模型。基于此,本论文开展了以下研究:1、通过水辅助冷冻干燥结合超声剥离的方法,构建了一种金属位点充分暴露的单层镍基金属有机骨架材料（Ni based metal organic frameworks monolayers,Ni MOLs）,实现了低浓度CO2的高活性和高选择性光催化转换。在低浓度CO2（10%,模拟烟气中CO2含量）条件下,Ni MOLs表现出很高的表观量子效率（A.Q.Y.,1.96%）和CO选择性（96.8%）。该催化性能不仅高于当时文献报道的低浓度CO2光催化转化体系,还超过了当时文献报道的大部分纯CO2光催化体系。与Ni MOLs相比,其同构的Co MOLs在低浓度CO2氛围下几乎没有CO2光催化性能。通过系统的实验研究,结合密度泛函理论（DFT）计算,本文确认了金属位点对于CO2的吸附亲和力是决定MOFs在低浓度CO2光催化转化中催化效率的关键因素,发现了MOFs的低浓度CO2光催化转化的选择性取决于其金属位点。2、基于上述研究基础,本文通过构建金属位点充分暴露的分层级尖晶石钴酸镍和钴酸镁空心纳米笼（Ni Co2O4 HCs和Mg Co2O4 HCs）进一步深入研究了催化位点对于CO2的吸附性能与其低浓度CO2光催化转化效率的内在联系。其中,Ni Co2O4 HCs表现出较高的表观量子效率（A.Q.Y.,1.56%）和CO选择性（89%）,超过了大多数无机催化剂在纯CO2中的催化性能。然而,其同构的Mg Co2O4 HCs催化效率明显更低,尽管其拥有更高的CO2吸附能力。实验数据与DFT计算结果表明,吸附在Ni位点上的CO2分子可以很容易地被还原为CO,而吸附在Mg位点上的CO2则不能顺利实现上述转变。基于这一结果,本论文提出了CO2在金属催化位点的活性吸附概念,即只有能参加还原反应的CO2吸附才是活性吸附,才能加速整个催化反应,从而从原子水平上揭示了CO2吸附和还原之间的关系。3、针对目前低浓度CO2光催化转化研究体系中产物选择性较低的现实问题,本论文首次提出并实现将低浓度CO2和H2O一起转化为比例可广泛调节的CO/H2混合气（即合成气）的理念,从而避免了低浓度CO2光催化利用过程对于产物选择性高的苛刻要求。基于MOFs中有机配体的络合选择性,本文利用梯度分离回收的理念从固体废弃物中制备依次制备了Fe MOF和Ni MOFs。在低浓度CO2氛围下,所制备的Fe MOFs和Ni MOFs分别表现出较高的产H2和产CO的光催化性能。基于金属位点的模块化催化剂设计策略,将两种MOFs作为催化位点并通过机械混合调整其比例,实现了低浓度CO2转化为广泛可调的合成气（CO/H2的比例调节范围为1:15-14:1）。通过一系列实验结果和理论计算,确定了金属位点的3d轨道电子数通过影响金属位点对CO2和H2O吸附亲和力,从而对其催化产物选择性起到决定性影响。综上所述,本论文深入揭示了金属催化位点与低浓度CO2光催化转化的关系,为CO2光催化材料的设计和催化机理研究提供了详实的理论依据,为低浓度CO2的高值利用提供了可行的应用出口。