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光催化还原CO2转换为碳基燃料作为一种无污染、可持续发展的新能源途径,对改善温室效应和缓冲能源紧缺问题意义重大。而开发高性能和高稳定性的光催化剂一直是CO2光催化转化技术的核心。然而,现有常见的单一组成和结构催化材料绝大多数都存在光利用率低、量子效率低和催化寿命短等问题。所以,通过构建多元复合材料,利用组成元素之间的功能协同、能带耦合是未来发展探索高效Co2光催化材料的主要开发方向。本论文选择了几种镓基复合材料作为研究对象,通过构建异质结构和形成固溶体等方法来调控其电子结构,系统研究了它们的光还原CO2催化性能和可能的活性增强机制。主要获得以下几个方面的研究结果:1、采用氯化钠和氯化钾作为熔盐介质,通过熔盐法制备了 Co1-xZnxGa2(1x)Fe2xO4(0≤x≤0.6)固溶体光催化材料。通过SEM、TEM、XPS、DRS等各种表征手段对Co1-xZnxGa2(1-w)Fe2xO4(0≤x≤0.6)固溶体样品的形貌、组成、结构进行了研究,成功将立方相ZnFe2O4引入到了 CoGa2O4晶体结构。在模拟太阳光照射下,固溶体光催化剂的主要产物是CO和CH4。光催化CO2还原实验表明当x=0.35时,该催化剂的光催化生成速率几乎是同条件下的纯CoGa2O4的2倍之多。结合催化剂表征和第一性原理计算发现通过形成固溶体,能有效减小其禁带宽度,增强CoGa2O4能带的弥散性,同时固溶体的载流子有效质量有效减小,进而提高了光催化还原CO2的活性。2、以GaOOH纳米棒为前驱体,采用浸渍-退火两步法制备了具有一维核壳结构的CoGa2O4/β-Ga2O3纳米异质结半导体材料。试验结果表明:在模拟太阳光照射下,其光催化还原CO2的主产物为CO。异质结的光催化活性要远优于纯相CoGa2O4和β-Ga2O3。通过光催化机理探索发现,CoGa2O4的引入不仅有效改善了 β-Ga2O3的光吸收能力,同时两者形成的核壳结构有效增加了异质界面面积,提高了光生载流子的分离效率、抑制了电荷重组,从而提高了光催化活性。3、以In(OH)3纳米片为前驱体,采用离子交换-退火两步法,通过改变镓交换量制备了系列β-In2O3/α-Ga2O3复合材料。通过SEM、TEM、XPS、ICP等各种表征手段对β-In2O3/α-Ga2O3的组成、形貌、结构进行了研究。研究了该体系不同样品在模拟太阳光照射时的光催化CO2活性。发现该复合材料的光催化活性远高于纯相的β-In2O3和α-Ga2O3。利用DRS、PL、EIS等测试讨论了影响光催化活性的因素,从而进一步探索了该体系的光催化作用机理。其可能是在β-In2O3/α-Ga2O3复合材料中,经过光照后α-Ga2O3导带上的光生电子迁移到β-In2O3的导带,提高了光生电子参与CO2还原反应的机会,而α-Ga2O3价带上的空穴则由于滞后反应而抑制了光生电子-空穴对的复合。4、以钛酸钠纳米带为前驱体,结合离子交换-煅烧二步法,诱使Zn2Ti3O8原位向ZnTiO3和Zn2TiO4相转化,成功制得了异质结构可调的Zn2Ti3O8/ZnTiO3和Zn2TiO4/R-TiO2两类复合光催化剂,并考察了其催化转化CO2与H2O制碳基燃料的催化性能。结果发现,在254 nm(16 W)的紫外光照射下,ZnTi3O8/ZnTiO3和Zn2TiO4/R-TiO2复合光催化剂的光催化性能分别优于各单相的钛系催化剂。其中Zn2Ti3O8/ZnTiO3在循环12 h实验中光催化活性依然保持不变。结合催化剂组成、结构表征和理论计算发现“结”的存在不仅能够有效改善光催化剂的光谱响应范围,同时也是提高电子-空穴对分离效率的关键因素。