温室效应和能源危机是困扰人类发展的两大问题。目前,由于化石燃料的大量燃烧释放出的CO2,使得大气中吸热性强的温室气体CO2的浓度不断升高,加剧了温室效应,引起了冰川融化、海平面上升等环境问题。因此降低CO2的排放量,合理有效利用CO2这一潜在碳资源,构建绿色环保可再生新能源体系成为研究热点。在CO2的处理手段中,光电催化还原CO2技术以水为氢源、太阳光为动力,是洁净、环境友好型技术,成为CO2还原领域的热点之一。而光电催化还原CO2的核心是制备出性能优异的光电催化电极,一方面,利用电极的光催化活性,在光照条件下产生光电子,可以减轻外界能量的输入,降低能耗;另一方面,利用电极的电催化活性,从而提高还原产物的选择性和可控性。SiC因为其导带电势几乎最负,具有优异的物理性质,其纳米材料又表现出显著的量子尺寸效应,即导带和价带变成分立的能级,带隙变宽,导带电位变得更负,而价带电位变得更正。因此,当有足够能量的光辐射时,SiC受激发产生的电子-空穴对具有很强的氧化和还原能力。不过由于其自身性质跟掺硼金刚石类似,虽然具有很宽的电势窗口,但是自身的电催化性能很差。而且通常的SiC纳米材料是通过较为苛刻的方法得到的粉状颗粒,或是在一些导电基体上非原位生长得到的基体与SiC之间结合不牢固的材料。而掺杂Cu之后不仅可以很好地弥补SiC导电性差的不足还可以提高催化还原二氧化碳的光活性,进而提高了还原二氧化碳产物到甲醇的选择性。我们首先采用两步金属辅助化学刻蚀法制备出Si NWs。根据SEM表征可以发现制备的Si NWs长度规整有序,取向一致,线长约3μm,直径约10 nm。而且其禁带宽度为1.25 eV,说明波长小于等于992 nm的光可以激发。同时Si NWs电催化还原CO2的净电流密度大于零,说明其具备相当的电催化还原性能。光能引入后,光电条件下的净电流密度明显高出单独电条件下的净电流密度,表明具备优异的光电催化还原CO2性能。光电催化还原CO2的主产物是甲醇,当反应进行6 h后,最大甲醇产量达到213μmol·L-1·cm-2。碳热还原法制备的SiC NWs结构完全继承于基底Si NWs,且线长约1μm,直径约10 nm,与基底结合紧密,解决了基体与SiC之间结合不牢固的缺点。制备得到的SiC NWs的禁带宽度为2.28 eV,其XRD图谱与JCPDS卡片29-1129相一致,是3C-SiC。将其应用于电催化还原CO2发现其过电位为-0.68 V,说明该电极具有一定的电催化还原性能。当光照引入后,反应起始电位由-0.68 V提前到-0.6 V,降低了过电位80 mV,表明其对CO2具有优异的光电催化性能。光电催化还原CO2的主产物为甲醇,当持续反应6h后,SiC NWs上甲醇的产量为440.52μmol·L-1·cm-2,大于单独光催化和电催化还原的简单加和367.01μmol·L-1·cm-2,体现出优异的光电协同效果,此时其法拉第电流效率最大,为64.55%。选择脉冲沉积法在SiC NWs上沉积Cu原子,用以弥补SiC导电性差的不足并提高CO2还原产物到甲醇的选择性。通过SEM表征可知,在SiC NWs材料表面沉积的Cu原子呈现光滑的球形,最大直径约为900 nm。制备得到的SiC NWs/Cu复合电极与SiC NWs相比,禁带宽度降低了0.52 eV,同时制备的SiC NWs/Cu的氧化还原电流最大,阻抗值最小,其电子运输能力强,光电性能优异。当反应6 h后光电催化还原CO2甲醇的产量可以达到551μmol·L-1·cm-2,是SiC NWs催化还原CO2甲醇产量的1.25倍,是Si NWs催化还原CO2甲醇产量的2.59倍,体现了优异的光电催化性能。本文主要根据Si基底制备了三种具有良好光电性能的新型催化电极,并将其应用到CO2的催化还原中,取得了较好的效果,不仅对CO2的减排以及合理利用CO2这一潜在碳资源具有重要意义,同时也对光电协同催化还原CO2提供了新想法和借鉴意义。