太阳能是公认的清洁能源,在环境污染和能源断绝日益严重的今天,如何更广泛的且更高效利用太阳能,是被广受关注且意义深远的课题,同时也充满挑战.在本文中,我们集中讨论如何在光催化过程中更有效的提高光电转化效率：通过对催化剂的能级调变选择恰当的材料进行合理的复合,提高材料的吸光度和电荷分离率,更高效的利用太阳能；并利用材料的特性通过控制载流子传输途径提高光催化的选择性.针对材料的能级调变,我们首先遵循能级‘Z‘型排列的原则对材料进行复合,选取吸光能力强且能隙较窄的有机无机材料作为激发体,选择其他一种或几种材料作为载流子分离、传输及调整载流子电势的调变体部分,使其与被氧化或被还原的物质能级更匹配.据此,我们制备了TiO2/PANI/Graphene 复合体系,Ag/AgBr/graphene 复合体系及TiO2 与碳氮化合物复合体系等.同时,我们也通过对材料进行掺杂来调整其价带与导带的位置来进行能级的调变,以提高催化效率,例如我们通过AgCl 与AgBr 不同比例的掺杂研究其能级的改变及相对应的催化性能的改变.于此同时,通过制备过程中对材料结构和特性的探索,总结材料的粒径、形貌结构、表面修饰、电荷传输性能与催化性能间的关系,并指导进一步的合成.针对光催化过程中的选择性,我们又设计了一套控制载流子流向的方案来控制催化反应的发生,并将此方案应用于人工光合作用即二氧化碳光催化转化中.此项工作中,如何尽可能的发生碳转化反应而非光解水反应,同时将二氧化碳转化成更易于利用的多元碳水化合物是我们研究的重心.首先从材料的亲水疏水性入手,使得H2O 在材料表上不能获得电子而被还原；其次选择适宜的天线材料,使其导带与CO2 还原电位匹配,价带与H2O 的氧化电位匹配；最后,进一步从结构和物理特性及能带分布方面甄选材料,通过几种材料间的协同作用使得光生电子最终流向CO2 而光生空穴流向H2O.在此,我们将介绍几种石墨烯与卟啉类分子复合的光催化材料,这些复合材料不仅可以将CO2 高效的转化为碳水化合物,而且能够催化生成多种多元碳化合物,通过载流子流向的合理控制可选择性的将二氧化碳转化为乙烷.