化石燃料消耗排放的大量CO₂气体是全球气候变暖问题的主要诱因。在清洁、可持续的太阳能驱动下,将CO₂催化还原为高附加值化学产物能够同时缓解环境问题与能源危机。但是,由于CO₂的高度热力学稳定性,使得光催化CO₂还原过程极具挑战性,因此需要选择合适的催化剂促进光催化CO₂还原反应的发生。钴、镍基过渡金属材料因其地壳含量丰富、成本低廉、催化活性高等优势被广泛应用于光催化CO₂还原的研究当中。然而,传统钴、镍基纳米催化剂往往受电子空穴复合率高、CO₂吸附活化能力差等原因限制了其催化还原效率的最优化。所以,本论文针对钴、镍基纳米催化剂,通过一系列调控手段对其进行改性设计,制备得到新型高效的钴、镍基催化剂用以提升光催化CO₂还原效率并实现低浓度CO₂的高选择性光还原。本论文的主要研究内容如下:（1）通过离子辅助溶剂热法结合空气下煅烧制备了金属有机框架物（MOFs）衍生的超薄Co₃O₄纳米片。构筑以乙腈/水/三乙醇胺为反应介质,以三联吡啶钌为光敏剂,以超薄Co₃O₄纳米片为催化剂的光还原CO₂体系。在350 ^oC下煅烧获得的超薄Co₃O₄纳米片具有最优异的光催化还原CO₂转化产CO的活性与选择性(4.52μmol·h^-1,70.1%),显著优于Co₃O₄块材催化剂(2.48μmol·h^-1,58.4%)。分析得知,超薄二维结构与块材结构相比具有更快的电子传输及更多暴露的催化活性位点。基于密度泛函理论（DFT）的计算表明,Co₃O₄单层片对CO₂的吸附能更强,对H质子的吸附能更弱。这些优势有利于光催化CO₂还原活性与选择性的提高。该工作为高效光催化CO₂还原催化剂的设计提供了新的视角。（2）在导电二维Ti₃C₂T_X（TNS）基底上原位生长钴-钴水滑石（Co-Co LDH）纳米片,获得3D Co-Co LDH/TNS纳米阵列。在上述反应体系的基础上,构筑以Co-Co LDH/TNS纳米阵列为催化剂的光还原CO₂体系。研究表明,Co-Co LDH/TNS纳米阵列的光催化CO₂还原性能明显优于Co-Co LDH,随着TNS含量的增加,复合物的光催化CO₂还原性能先增大后减小。其中,15 mg为最佳TNS负载量,其光催化还原CO₂转化为CO的活性为6.25μmol·h^-1,是Co-Co LDH的2.2倍。分析可知,导电Ti₃C₂T_X物种的引入可以加速催化剂的表面电荷传输,提高反应过程中电子的利用率。此外,通过机械搅拌制备了“Co-Co LDH+TNS-15”二维/二维复合物作为对比,其光催化还原CO₂产CO的活性(4.11μmol·h^-1)显著低于Co-Co LDH/TNS纳米阵列。这说明Co-Co LDH/TNS复合物优异的光催化CO₂还原活性归因于导电Ti₃C₂T_X与分级纳米阵列结构的协同作用,该工作为光催化CO₂还原复合催化剂的设计提供了宝贵的思路。（3）在氩气保护下煅烧制备富含氧缺陷的NiO纳米片（r-NiO）。在上述反应体系的基础上,利用CO₂/Ar（1/9）混合气代替高纯CO₂气体,并以r-NiO为催化剂构筑低浓度CO₂光还原体系。研究表明,r-NiO的光催化CO₂还原性能显著高于不含氧缺陷的NiO纳米片（n-NiO）。在低浓度CO₂环境下,r-NiO能够保持70%以上的CO产率,其光催化还原CO₂转化为CO的活性为3.14μmol·h^-1,选择性为82.11%,而n-NiO的活性仅为1.97μmol·h^-1,选择性为65.26%。分析表明,r-NiO样品相比n-NiO具有更高的光生载流子分离率及更大的比表面积。此外,通过DFT计算得知,氧缺陷的存在不仅可以提高对CO₂分子的吸附能,同时可以削弱对H质子的吸附,从而使CO₂分子在反应体系的竞争吸附中具备优势,实现低浓度CO₂的高效光催化还原。r-NiO催化低浓度CO₂光还原转化的表观量子效率为0.46%,该值与许多纯CO₂光催化还原体系相当。这项工作为低浓度CO₂的直接高效还原提供了一定的借鉴。