石墨相氮化碳（graphitic-carbon nitride）,简称g-C₃N₄,是氮化碳化合物中最稳定的一种同素异形体,因其独特的性质备受科研工作者的广泛关注。作为一种新型催化剂,g-C₃N₄具有带隙可调控,制备简单,价格相对低廉,良好的物理化学性质以及热力学稳定性等优点,故被认为是一种具有潜在应用前景的半导体催化剂。然而,由于g-C₃N₄较宽的带隙使其在可见光区的吸收较弱,这影响了其催化性能。因此,通过适宜的方法减小g-C₃N₄的带隙,提高其催化能力为当前的研究热点。多金属氧酸盐（polyoxometalates）,简称多酸（POMs）,是一类由前过渡金属离子与氧原子连接而成的簇合物。将多酸负载到g-C₃N₄上形成纳米复合物可以实现对g-C₃N₄性能的调变。将多酸负载到g-C₃N₄上形成的复合物可应用于光催化反应,结果表明,与g-C₃N₄相比,多酸和g-C₃N₄复合物的光吸收能力和催化能力明显提高。目前,多酸/g-C₃N₄的实验研究取得了一定的进展,而相关理论研究很少。采用量子化学计算方法在微观水平上研究多酸与g-C₃N₄复合物的电子性质和催化性质对于深入理解该类复合物的催化机理具有重要意义。本论文采用密度泛函理论方法研究了Lindqvist型多酸功能化g-C₃N₄复合物的几何结构,电子结构与光学性质,以及多酸/g-C₃N₄复合物催化CO₂还原生成CO的机理。研究工作主要包含以下两个方面:1、采用密度泛函理论方法探讨了Lindqvist型多酸功能化g-C₃N₄复合物的几何结构,电子结构以及光学性质。确定了Lindqvist型多酸在g-C₃N₄表面上最稳定的吸附模式。能带分析表明,H₂W_n Mo_6-nO₁₉（n=0,1,2,3,4,5,6）适合与g-C₃N₄形成复合物,有利于多酸与g-C₃N₄表面之间的电子转移。与g-C₃N₄相比,多酸的引入使复合物的带隙明显降低。多酸与g-C₃N₄之间的电荷转移使复合物的光催化能力增强。在可见光区,W₆O₁₉/g-C₃N₄的光吸收能力比g-C₃N₄明显增强。2、采用密度泛函理论方法研究了过渡金属取代多酸（TMSPs）功能化g-C₃N₄复合物催化还原CO₂的机理。与g-C₃N₄相比,多酸/g-C₃N₄复合物的带隙明显降低,前线分子轨道分析表明复合物的最低未占据轨道（LUMO）分布在多酸上,有利于电子和空穴的分离。此外,我们深入探讨了CO₂还原为CO的直接解离机理与加氢解离机理。计算结果表明,随着多酸的引入,这两种机理的能垒均有不同程度的降低。对于g-C₃N₄和POMs/g-C₃N₄,CO₂还原生成CO,加氢-解离路径的能垒均低于直接解离路径,故认为加氢-解离路径是优势路径。能垒计算表明,多酸中的过渡金属取代原子,Co,Mn,Fe对能垒的影响很大。此外,与g-C₃N₄相比,POMs/g-C₃N₄的吸收峰的吸收峰明显红移,POMs/g-C₃N₄在可见光区的光吸收能力增强。