现在人类需要解决的两大难题是环境和能源问题。最主要的温室气体虽然是CO2,但它同时也是C1资源的最大来源。CO2的转化技术有很多,但其中光催化还原CO2成有利用价值的碳氢燃料这项技术是最有前景的,因为太阳能是取之不尽的。虽然研究人员研究光还原CO2的时间很久同时获得了很多的成果,但也没有解决其中最大的瓶颈——催化效率低。原因是对光还原CO2的机理研究很少:首先很少人通过研究光物理过程中的跃迁过程来研究电子空穴复合情况;其次之前研究的大多是基态下的光化学过程,但光化学过程其实是发生在激发态下的。理解光还原CO2的机理最重要的是研究激发态下的光物理和光化学过程。值得关注的是体系中既是反应物也是溶剂的H2O,因为它的存在体系中有丰富的氢键,所以激发态下的氢键是非常重要的。本文结合分子光化学理论,选取已知结构的模型催化剂:钙黄绿素和6-羧基荧光素,目前热门的量子点:酞菁铁量子点三种光催化还原CO2的体系,实验与理论相结合的方法来研究激发态氢键在光催化还原CO2的光物理和光化学过程中重要作用。选取已知结构的纯物质钙黄绿素作为模型催化剂,在无牺牲剂和光敏剂的情况下成功将CO2还原成CO。计算上我们把催化剂和反应物看成一个整体——氢键复合物模型,光物理过程的限速步骤为CO2的活化,CO2的键角、键长和自旋密度的改变表明了CO2发生了活化,CO2的活化发生在系间窜越过程,它发生的原因为激发态氢键诱导的电子转移,CO2的还原和H2O的氧化发生在光化学过程,这两个步骤都为氧化还原反应,其中H2O的氧化为整个反应的限速步骤,它们都是用激发态下的氢键作为桥梁,CO2、H2O和钙黄绿素上的电子和氢通过氢键进行转移。选取纯物质6-羧基荧光素作为模型催化剂,在无牺牲剂、无光敏剂且均相的条件下。成功将CO2还原成CO,使实验与计算的结合成为可能;为了讨论激发态氢键的电子转移和氢转移,计算上我们把催化剂和反应物看成一个整体——氢键复合物模型,光物理过程的限速步骤荧光过程,氢键的引入可以减少电子和空穴的复合。COOH·和OH·的生成都发生在光化学过程,这两个步骤都为氧化还原反应,其中COOH·的生成为整个反应的限速步骤,6-FAM羟基官能团上的O原子是COOH·形成的活性中心,光化学中COOH·和OH·的形成涉及的质子和电子的转移都和激发态氢键的行为相关,通过研究激发态氢键丰富和完善了光还原CO2的机理。选取已知分子的纯物质酞菁铁通过化学氧化法制备成酞菁铁量子点（Fe Pc-CQDs）,在无牺牲剂和光敏剂的情况下成功将CO2还原成CH4。本论文始终贯彻实验与理论计算相结合的研究思路,对酞菁铁量子点光催化还原CO2的催化条件和反应机理进行了研究,并对激发态氢键在光催化中光物理和光化学过程中起到的关键影响进行了一系列研究。计算了光催化还原CO2的光化学过程,发现其反应瓶颈在于由CH3OH生成·CH3自由基的反应。激发态氢键诱导了光催化还原CO2的过程,丰富和完善了光还原CO2的机理。