当前工业的快速发展和人口的迅速增长引发了严重的能源短缺和环境危机。光催化技术因不仅可直接将太阳能转化为绿色清洁的可持续能源,并且还可以在阳光照射下分解有机污染物而受到广泛关注。然而,上述应用要求光催化剂具有吸收范围宽、长期稳定性好、电荷分离效率高、氧化还原能力强等特点。不幸的是,单组分光催化剂往往很难同时满足所有这些要求。构建人工多相Z-scheme光催化体系模拟自然光合作用过程,克服了单组分光催化剂的缺点,满足了上述要求,在解决现代工业发展所面临的能源和环境危机方面具有巨大的潜力。TiO2由于其良好的能带位置,能够满足了大多数光催化反应所需的氧化还原电势,但禁带宽度较大只能吸收紫外光;而WO3由于禁带宽度较窄具有较正的价带位置易于发生氧化反应,但不能满足CO2还原的电位。因此单一半导体光催化剂很难同时满足宽的可吸收光谱范围、强的氧化还原能力及光生载流子高效分离等优势。三维有序大孔材料作为一种光子晶体材料已经被广泛的开发,将传统半导体材料制备成光子晶体可以有效提高其对光利用效率。所以,为利用这些廉价的、含量丰富的半导体材料来实现高效CO2光催化还原,以三维有序大孔材料为基础,构建Z-scheme体系,通过双半导体材料间电子的定向传导,将还原与氧化反应分离,不仅拓展光催化剂对可见光的吸收,提升太阳光的光能利用率,而且能提高光生载流子的分离效率,充分利用光照产生的载流子。基于上诉考虑,本论文制备了两个催化剂体系,具体研究内容如下:制备了全固态Z-scheme型三元复合光催化剂,该催化剂由石墨相氮化碳（g-C3N4）和3DOM的碳包覆Ti O2（Ti O2@Carbon）两个独立的光化学系统与作为电子传输中介的Pt纳米粒子相结合形成的新型光催化剂（g-C3N4/Pt/Ti O2@Carbon）。作为光子晶体3DOM结构光催化剂的慢光效应提高了入射光的吸收效率,同时包覆碳膜可把光吸收范围从紫外光区拓展到可见光区;g-C3N4增强了CO2的吸附;具有强聚电子能力的Pt NPs均匀分散在Ti O2@Carbon表面与Ti O2@Carbon紧密结合,形成了以Pt NPs为中间媒介的Z-Scheme体系,促进光生载流子的有效分离。Ti O2@C→Pt→g-C3N4的矢量光电子转移提高了光生电子和空穴的分离和表面富集效率。该全固态Z-scheme光催化剂在可见光驱动转化二氧化碳反应中表现出优秀的甲烷的产量(65.6μmol g-1 h-1)和高效光量子效率（5.67%）。同时高表面富集的电子和CO2是选择性光催化还原CO2的决速步骤。为实现高性能的太阳能还原CO2提供了新的可能性。通过采用胶体晶体模板法制备光子晶体3DOM-WO3并在孔壁上原位生长g-C3N4薄膜,利用WO3的导带位置与g-C3N4的价带相近光生电子和空穴易复合的特性,从而构建成为直接型g-C3N4/3DOM-WO3Z-scheme光催化剂。该催化剂克服了传统半导体材料导价带位置与反应所需氧化还原电势不匹配的缺点,通过构建直接型Z-scheme体系,实现了双半导体材料间电子的定向传导,空间分离了光生电子和空穴,较高的氧化还原电位得以保留。同时借助光子晶体拓展光催化剂对可见光的吸收,提升太阳光的光能利用率。其光催化性能优异,其中CO生成速率为48.7μmol g-1 h-1。并且利用表征及活性测试等手段,研究验证了电子转移机理。综上所述,g-C3N4/3DOM-WO3和g-C3N4/Pt/3DOM-Ti O2@Carbon光催化剂通过提升了催化剂的吸光性、电子和空穴的分离性能以及CO2的吸附性能,使其成为了高效的可见光驱动的转化二氧化碳和水的光催化剂。这项研究有望为制备高效的光催化剂将二氧化碳转化为碳氢化合物提供新的思路。