化石燃料燃烧会释放出大量CO₂,导致生态系统碳循环失衡,引起最直接明显的变化——气温升高。全球气候变暖被认为是人类最急需解决的环境问题之一。二氧化碳作为温室气体,对全球气候变化的贡献率超过65%。气温升高会带来诸多气候变化,如两极冰川融化、自然灾害频发和全球降雨量增加。如何减少空气中的二氧化碳浓度是目前亟待解决的问题。作为一种自然界中清洁可再生能源,太阳能是用之不尽,取之不竭的。受自然界中光合作用的启发,利用半导体光催化剂在光驱动下将CO₂催化还原成燃料具有非常大的发展前景。目前大多数光催化还原CO₂的研究是在纯CO₂气氛（高浓度）下进行,但对大气浓度CO₂（⁴00 pap）的光催化研究来说还较少。甲烷作为一种清洁能源和化工原料,在生产和生活中需求量巨大,但甲烷的开采技术还需进一步研究改善。因此利用光催化技术,实现低浓度CO₂光催化还原产甲烷将是一项非常具有发展潜力的研究。其中催化剂的选择和发现对光催化还原CO₂产甲烷这项研究来说是非常重要和有意义的。基于此,本文以Bi₂WO₆和钴基催化剂为基础,通过对其进行表面修饰来实现低浓度CO₂的催化还原和提升甲烷产量,进一步探究了其催化反应机理。本论文研究内容主要分为两部分:第一部分:通过水热法合成了厚度在5纳米左右的超薄Bi₂WO₆纳米片。Bi₂WO₆超薄片状结构不仅为CO₂吸附提供更多的活性位点,还可以缩短电子到催化剂表面的传输距离,提高载流子分离效率。实验证实Bi₂WO₆纳米片本身具有解离水和产氧性能,可以为CO₂还原过程提供质子。通过光沉积的方法在Bi₂WO₆纳米片表面负载Pt,在沉积过程中Bi₂WO₆纳米片表面晶格发生变化。Pt的引入促进Bi₂WO₆催化剂中载流子分离,同时捕获电子实现CO₂催化加氢。Pt负载后Bi₂WO₆光催化还原CO₂产甲烷的能力得到大幅提升。对比不同Pt负载量的Bi₂WO₆纳米片,发现0.5%Pt/Bi₂WO₆纳米片光催化还原CO₂产甲烷的性能最好。该研究探究了负载Pt后,Bi₂WO₆纳米片结构和光学性质发生变化,这些变化协同提高了光催化还原CO₂产CH₄的效率。为寻找合适的光催化还原CO₂产CH₄催化剂提供了新的参考依据。第二部分:通过高温煅烧的方法,制备出部分氧化的氮掺杂碳包覆的钴（Co@NC）。基于前一部分的研究,我们通过微波法将Pt沉积在Co@NC表面。碳层中的氮元素不仅有利于电子传输,同时为Pt的沉积提供分散和锚定位点。在大气400 ppm CO₂浓度且没有添加任何牺牲剂条件下,不同Pt负载量的Co@NC表现出不同的催化还原CO₂性能。1 wt%Pt/Co@NC具有最高的产甲烷活性,甲烷产率为14.4μmol·g^-1·h^-1。该研究对低浓度CO₂还原催化剂的设计具有一定的借鉴意义。