无金属参与的g-C₃N₄是一种具有巨大发展潜力的光催化剂。g-C₃N₄具有合适的半导体带隙、导带底和价带顶位置,在光催化领域展现出广泛的应用,如光解水产氢、产氧,光还原二氧化碳,光降解有机污染物等。其中,g-C₃N₄还原二氧化碳受到研究者的广泛关注并且已经有大量的研究报道。但是目前关于g-C₃N₄还原二氧化碳的研究多集中在材料合成及材料的性能改善,g-C₃N₄还原二氧化碳的机制研究局限于实际光催化反应过程中的实验表征。虽然实验观测给出了大量可靠的数据,但原位研究反应机理依然存在许多困难。因此,目前建立的反应机理主要是基于实验结果的解释。采用第一性原理计算方法没有实验中的局限性可以弥补实验观测的不足。本文采用第一性原理计算方法研究二氧化碳在g-C₃N₄上的吸附、扩散以及反应势垒等微观过程。计算结果表明:g-C₃N₄解离水产生的质子氢对二氧化碳的捕捉与活化有着关键作用,氨基甲酸是光还原二氧化碳为一氧化碳反应过程中的一个重要的中间产物。本文的研究结果对于从电子-分子层次了解g-C₃N₄还原二氧化碳的机理具有重要的指导意义。