利用光催化技术将CO2还原成清洁能源对化石能源过度消耗引起的环境问题和能源危机具有重大意义。其关键在于设计并合成光捕获能力强、活性位点丰富和光生载流子分离效率较高的光催化剂材料。二氧化钛（Ti O2）及其衍生物(Ba Ti O3、Sr Ti O3和K2Ti8O17)因其适宜的能带结构和无毒、稳定、易合成等性质而备受关注。然而,单一材料往往受到表面活性位点不足及光生载流子易复合等因素的影响而限制了其在光催化CO2还原领域的应用。事实上,构筑复合材料能够有效提升光生载流子分离效率并增加反应活性位点,进而提高CO2转化效率。铜基材料（Cu、Cu2O和Cu7S4等）因其来源丰富和能带结构匹配等特点被用来构筑异质结或者助催化体系以提升CO2光还原活性。基于以上背景,本论文以多孔Ti O2及其衍生物(Ba Ti O3、Sr Ti O3和K2Ti8O17)为催化剂载体,将Cu、Cu2O和Cu7S4等铜基材料与之构筑复合材料并研究其光催化CO2还原性能及其增效机制。主要研究内容如下:1.首先利用乙醇酸钛前驱体回流水解过程形成多孔棒状Ti O2纳米材料,再通过简单的化学还原法在其表面沉积Cu2O纳米颗粒,成功制备了Ti O2/Cu2O复合材料。通过粉末X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）等手段对其组成和结构进行表征。光催化CO2还原测试结果表明,Cu2O颗粒的引入能够显著增强光还原CO2制取CH4的活性,其产率达到1.35μmol g-1h-1,是单一Ti O2材料的3.1倍。基于Tauc plots和XPS价带对其能带结构的分析,Ti O2与Cu2O之间可以形成p-n异质结。光/电化学测试结果表明,Ti O2与Cu2O之间形成的内建电场可以促进光生电荷的有效分离,导致更多的光生电子参与到光催化CO2还原的反应过程,进而增强了CO2催化转化效率。2.首先以多孔Ti O2为模板制备出钛基钙钛矿氧化物（Ba Ti O3和Sr Ti O3）,再通过乙二醇/异丙醇溶剂热法将富氧空位和金属铜同步植入Ti O2、Ba Ti O3和Sr Ti O3而形成富含氧空位的复合材料。通过XRD、XPS、SEM、TEM、UV-vis和电子顺磁共振（EPR）等对制备材料的结构和组成进行了表征。结果表明金属铜和富氧空位的引入可以增强Ti O2、Ba Ti O3和Sr Ti O3对可见光的吸收范围。光催化CO2还原测试结果表明,溶剂热处理之后的富氧空位Ti O2、Ba Ti O3和Sr Ti O3样品的CH4和CO产率显著提升。以Ti O2为例,不同含量Cu的引入均可以极大增强光催化CO2还原生成CH4和CO产物。其中Ti O2/Cu-0.1样品的活性最佳,其CH4产率高达14.51μmol g-1h-1,是单一Ti O2材料的28倍。并且,CO产率提升至8.97μmol g-1h-1。在相同的情况下,相比较于溶剂热处理前后的单一材料,Ba Ti O3/Cu-0.1和Sr Ti O3/Cu-0.1复合材料也表现出显著增强的CH4和CO产率。通过Tauc plots和XPS价带分析,溶剂热处理后单一样品的价带位置向更负的位置偏移,与CO2/CH4和CO2/CO的还原电势契合。CO2程序升温脱附（CO2-TPD）测试结果表明溶剂热处理引起氧空位增加和和金属Cu的引入有利于对CO2分子的吸附。并且光/电化学测试表明氧空位和金属Cu助催化剂的引入可以加速光生电荷的分离与转移。基于以上研究结果,表面氧空位对光催化材料的能带结构的调控,以及氧空位和铜共植入催化剂对CO2分子吸附以及光生电荷分离的促进作用,是Ti O2-Cu、Ba Ti O3-Cu和Sr Ti O3-Cu复合材料增强光催化CO2转化的主要原因。3.采用水热法,通过Ti O2与KOH反应制备出钛酸钾(K2Ti8O17)纳米线,在其表面沉积Cd S以后再通过离子交换法成功构筑K2Ti8O17-Cu7S4复合材料。通过XRD、SEM和XPS表征对制备样品的组成以及结构进行了分析。UV-vis分析表明复合材料相较于单一K2Ti8O17材料具有增强的光吸收范围。光催化CO2还原测试表明,Cu7S4的引入可以提升K2Ti8O17的光催化活性,其中K2Ti8O17-Cu7S4-0.2复合材料的CH4产率高达6.02μmol g-1h-1,是单一K2Ti8O17纳米线的3.8倍,并且CO的产率为0.89μmol g-1h-1。通过Tauc plots和XPS价带分析,结合光/电化学测试,结果发现复合材料中Cu7S4主要起助催化剂作用。Cu7S4的引入促进了光生电荷分离,进而增强了光催化CO2转化效率。