随着人们对于全球性气候变暖等环境问题的持续关注,二氧化碳（CO₂）的减排,逐渐引起人们的重视。将CO₂催化还原为有附加值的低碳燃料,不仅能降低温室效应,还能减轻能源危机,是符合可持续发展的理念。光催化反应利用的是可再生的太阳能资源,反应条件温和。但是目前光催化普遍存在着光谱响应范围窄和光生载流子易复合的问题。提高催化剂的光能利用率,降低光生载流子的复合是光催化急需解决的关键科学课题。研究表明金属Co对CO₂分子有较好的吸附性能,常作为CO₂的吸附反应位点。而Co₃O₄作为一种经典的Co基尖晶石,具有多变的性质和高稳定性,有望在光催化还原CO₂领域中得到广泛应用。本文针对块体Co₃O₄导电性低、量子效率低、气体分子吸附力弱等不足,利用形貌调控和构建半导体异质结的方式对Co₃O₄进行改性。通过增强电子转移效率,气体分子的吸附能力等提升CO₂的还原性能。考察材料的微观形貌和光生载流子的动力学特点与其活性的构效关系,探讨催化还原机理。主要的研究内容和结果如下:（1）从Co₃O₄尖晶石微观形貌调变的角度出发,以ZIF-67为模板合成了Co₃O₄空心纳米微盒结构用于光催化还原CO₂。通过一系列物理化学和光电学表征手段,探明Co₃O₄纳米盒的孔径分布特征、气体分子吸附性能和光电学响应特征。实验结果表明纳米盒结构能暴露更多的活性位点,中空的纳米盒使得入射光发生多次折射,提高催化剂的光吸收能力。因而Co₃O₄纳米盒相比于Co₃O₄颗粒表现出更大的比表面积（58.95 m²/g）,更强的光吸收特征。在常温下有效还原CO₂为CO,且CO最大产率可达到44.6μmol h^-1,是明显高于Co₃O₄纳米颗粒的光催化还原CO₂活性。（2）从Co₃O₄尖晶石材料电子结构调变角度出发,采用模板法制备了具有分层中空结构的Co₃O₄@CoFe₂O₄ Z-scheme异质结。利用一系列现代化学表征手段表明,Co₃O₄@CoFe₂O₄异质结较之单组分的Co₃O₄和CoFe₂O₄具有更高的比表面积（104.44 m²/g）,更强的CO₂吸附能力（7.03 cm³/g）。Z-scheme异质结的存在扩宽了复合材料的能带位置,使其表现出更强的光响应性能,降低了催化剂界面出的电子传递阻抗,提升了光生载流子的分离迁移效率。在最佳反应条件下,Co₃O₄@CoFe₂O₄的CO和CH₄产率最高分别为72.2μmol h^-1和2.06μmol h^-1。稳定性实验结果表明,Co₃O₄@CoFe₂O₄在连续进行3个循环后,催化剂的还原效率均维持了约90%的活性,表明复合材料具有较高的稳定性。