随着世界经济的不断发展,人口的不断壮大,不可再生的化石能源正在被消耗殆尽,并且随之排放的二氧化碳（CO2）等温室气体造成了全球范围内的环境恶化。太阳能作为地球上最重要的能量来源,具有广泛、体量大、清洁无污染等众多优势,成为了化石能源最具潜力的替代者。利用太阳能将CO2还原制备甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）等碳氢燃料在缓解能源危机和全球变暖方面拥有最为广阔的应用前景。然而,较低的转化效率,水相中产H2副反应的竞争,以及CO2还原反应产物的多样性等,使得该领域的研究仍然面临着巨大挑战。因此,研究开发高活性、高稳定性且廉价易得的催化剂,能够利用太阳光能在水相中高效、高选择性的将CO2还原成燃料,成为了当今绿色能源领域的研究重点。半导体材料催化太阳光能转化为化学能,其过程主要包括光生载流子的激发生成、分离传导以及表面反应,因此对于光生载流子的有效利用是决定半导体光催化剂整体效率的核心因素。对于光催化CO2还原反应,载流子的表面反应过程对含碳产物的生成起到决定性作用,在水溶液中进行的CO2还原反应面临着产H2副反应的强烈竞争,并且还原产物多种多样,选择性低。本论文便通过对载流子表面反应机理的研究和路径的引导,抑制了水溶液中产H2副反应的发生,并促进了甲醇液相产物的选择性生成。同时,本论文还对载流子的分离传导过程进行了研究和优化,提高了光电阳极材料的光生载流子利用效率。本论文主要研究的对象为氧化亚铜（Cu2O）与钒酸铋（BiVO4）半导体催化剂。首先,前者表面特殊的活性位点有助于抑制产H2副反应,通过Ti O2光阳极-Cu2O暗阴极的构建,维持了反应过程中Cu2O薄膜电极的稳定,促进了含碳产物的选择性生成;其次,通过对Cu2O表面不同大小Cu颗粒的负载,引导了表面电子的还原反应路径,促进了CH3OH的选择性生成,并且分别从热力学和动力学角度证明了Cu/Cu2O界面是CH3OH生成的主要活性位点;最后,水氧化半反应对电子的形成以及CO2还原半反应起着至关重要的作用,相比于上述构建的Ti O2纳米棒光电阳极体系,Bi VO4光阳极更加具有可见光吸收性能以及较高的理论光能转化效率,通过对其表面四氧化三钴（Co3O4）纳米颗粒的负载,同时提升了Bi VO4体相和表面载流子分离效率,提高了水氧化光能转化效率。