社会飞速发展加剧了不可再生能源的消耗,导致以CO2为主的温室气体浓度不断上升,诸多气候问题随之而来。因此,如何降低空气中的CO2浓度成为学术界的热门话题。目前,降低CO2浓度的方法分为物理吸附法和化学转化法。物理吸附法主要是使用多孔材料对CO2进行物理吸附,或者利用多孔材料的不同孔径实现CO2选择性吸附,从而完成气体分离。金属有机框架材料（MOFs）作为一种新兴的多孔材料,不仅具有较大的比表面积和规则的孔道结构,而且还能够利用有机配体携带的不同的官能团对MOFs进行功能化修饰,进一步提高材料的CO2吸附和分离性能。化学转化法则是通过化学反应将CO2直接转化为CO、CH4等高附加值气体产物,其中,光催化CO2还原是反应条件最温和、符合绿色可持续发展的一种化学方法,利用太阳能和半导体催化剂即可实现CO2绿色资源化。目前,大量文献表明MOFs及其衍生物是一类优良的光催化CO2还原催化剂,并且衍生的金属氧化物能够与g-C3N4等复合形成异质结而提升了光催化性能。尽管MOFs及其衍生物用于CO2分离及光催化还原多有研究,但是MOFs的有机配体官能团种类、MOFs衍生物种类及其与g-C3N4复合的方法仍需要深入研究,以进一步明晰MOFs及其衍生物结构与性能之间的构效关系。基于上述讨论,本论文我们围绕Ce-MOFs及其衍生物进行研究,具体工作如下:1.官能团修饰的苯羧酸类Ce-MOFs用于CO2/CH4分离MOFs可以利用有机配体携带的官能团直接修饰,因而通过调控配体官能团种类,进而研究CO2/CH4分离性能,对于筛选、设计MOFs基催化剂用以CO2的吸附分离具有重要参考意义。为此,我们采用简单的油浴法制备了四种不同配体的苯羧酸类Ce-MOFs（Ce-BDC、NH2-Ce-BDC、NO2-Ce-BDC和Ce-BTC）,用以探究不同官能团对CO2/CH4吸附分离的影响。不同温度下的CO2吸附性能表明,在比表面积接近的情况下,官能团修饰能够提高MOFs对CO2的吸附性能,并且-NH2修饰的吸附性能优于-COOH,所有经官能团修饰后的MOFs均提高了CO2/CH4分离系数。通过克劳修斯-克拉佩龙方程获得吸附热数值,得到官能团与CO2的结合能力遵循:-NH2＞-NO2＞-COOH。实验结果表明,CO2的吸附分离性能不仅仅与官能团有关,还受到材料比表面积的影响。得益于较高吸附热及较大的比表面积,NO2-Ce-BDC的CO2吸附性能最高。TG表明通过改变配体制备的Ce-MOFs热稳定性良好,在150℃前均未出现骨架坍塌。2.CeO2/g-C3N4催化剂的制备及光催化CO2还原性能研究尿素掺杂MOFs后煅烧是一种直接合成金属氧化物/g-C3N4复合催化剂的便捷方法,但MOFs中的配体在煅烧过程中的分解行为及其对光催化可能存在的影响研究较少。为此,我们通过不同温度分别煅烧两种Ce-MOFs/g-C3N4复合材料,研究配体对催化剂性质及光催化CO2还原产生的影响。具体而言,我们选择Ce-BTC和Ce-Ui O-66为对比,将预先制备好的g-C3N4投入MOFs中,继而在空气氛围下分别经过270℃和450℃不同温度煅烧,获得了不同的催化剂。光催化性能测试表明,Ce-Ui O-66为前驱体煅烧后获得的复合催化剂催化性能优于Ce-BTC,这是因为Ce-Ui O-66为前驱体得到的材料带隙能更低。实验结果发现CeO2能够促进g-C3N4分解,导致450℃煅烧后复合材料中几乎不含g-C3N4。值得一提的是,尽管g-C3N4含量少,但450℃煅烧后复合材料催化性能比270℃的性能好。经过光电化学表征测试,在270℃煅烧时,MOFs分解不完全,Ce-Ui O-66中的对苯二甲酸、Ce-BTC中的均苯三甲酸（或者其不完全分解产物）的存在增加了带隙能,降低了光生电子-空穴分离效率。g-C3N4虽拓展了材料的光吸收边,但苯羧酸类配体带来的负面影响更大,导致其催化性能不如450℃煅烧的催化剂。3.富氧空位的梯次结构氧化铈制备及光催化CO2还原性能研究由于氧化铈中Ce3+/Ce4+之间可以转化,使得氧化铈具有丰富的氧空位。理论计算表明,氧空位存在能够降低氧化铈的带隙能,从而增大了吸光范围。因此,制备一种富氧空位的氧化铈基复合催化剂,有望进一步提高光催化CO2还原性能。本工作中,我们选择Ce-BTC作为模板,采用尿素浸渍法,煅烧后得到了多孔、富氧空位且具有梯次结构氧化铈。XRD和BET结果表明,尿素浸渍后未改变氧化铈的晶型,比表面积没有明显下降。Raman及XPS光谱显示,尿素浸渍Ce-BTC后煅烧获得的氧化铈的氧空位浓度明显高于未浸渍尿素煅烧后的氧化铈。实验结果表明:氧空位的存在降低了氧化铈带隙能,提高了光生载流子分离效率。多孔和梯次结构提高了对光的利用效率,并且拥有更小的电化学阻抗,有利于光生电子转移。