CO₂、CH₄等温室气体是导致全球气候变暖的主要原因。如果能将温室气体CO₂进行转化和固定，既缓解了温室效应又能把CO₂以碳源的形式储存起来，这将是一项很有意义的研究。而利用太阳光对水溶液中的CO₂进行还原是近年来研究的一种新的光催化技术，因其符合可持续发展的长远需要，所以前景广阔。众所周知，CO₂中的碳以最高化合价形式存在，还原CO₂需要较高的能量或高活性的催化剂。在众多半导体光催化剂中，二氧化钛（TiO₂）因光催化活性高、无毒、价廉、稳定性好而引起人们的广泛关注。但是，TiO₂的带隙较宽（3.2eV），能利用的太阳能仅占总量的2％左右。为提高TiO₂光催化剂的活性通常可采用金属离子掺杂、半导体催化剂复合、表面光敏化等手段。本实验选择的活性物种是金属大环配合物钴酞菁（CoPc），其热稳定性和化学稳定性非常好，且有良好的光电性能，在波长600～700nm的可见光范围有强吸收。应用溶胶-凝胶方法将其负载在同样具有光还原性质的半导体载体TiO₂上，能制备出一种高催化活性和宽响应范围的可用于还原CO₂的光催化剂。主要研究内容和结论有：1．以钛酸四丁酯为前驱体、无水乙醇为溶剂，乙酸为抑制剂、浓盐酸为催化剂，钴酞菁为活性物种，采用溶胶-凝胶法制备出了CoPc／TiO₂复合光催化剂。以光催化还原CO₂的效率为衡量标准，研究了乙酸量、加水量、溶剂量、浓HCl量、钴酞菁（CoPc）负载量、焙烧温度等对CoPc／TiO₂纳米粒子的光催化活性的影响，获得了实验室制备纳米CoPc／TiO₂催化剂的最佳工艺条件如下：Ti（OC₄H₉）₄∶C₂H₅OH∶HAc∶H₂O=1∶4∶2∶2；无需其它有机溶剂；钛酸正丁酯取0.04mol时的浓盐酸量为0.5mL；CoPc的负载量为0.50（wt）％；400℃下焙烧催化剂。2．将最佳条件下制备的CoPc／TiO₂用于CO₂的光催化还原，通过改变反应条件，包括：光催化剂用量、反应溶液中NaOH的浓度、电子供体Na₂SO₃的浓度、光催化反应时间，得到了较优的反应条件：光催化剂CoPc／TiO₂用量为0.25g；NaOH溶液浓度为0.15mol／L；Na₂SO₃的浓度为0.1mol／L；反应时间为20h。在此最佳条件下CO₂的光催化还原总产物量达1032μm／g-cat.。3．用X射线衍射、比表面、紫外-可见漫反射、热重-差热等手段对所制备的CoPc／TiO₂粉体进行了表征。结果表明，采用溶胶-凝胶法制备的催化剂CoPc成功地负载于TiO₂表面；TiO₂和CoPc／TiO₂的粒径为纳米级且分布均匀、比表面积较大，晶型主要为锐钛矿。而且，本实验所制备CoPc／TiO₂纳米粒子在较低温度（400℃）下就出现了27.6％的金红石相，这种“混晶”的出现使催化剂的光催化活性得到了极大提高。另外，纳米CoPc／TiO₂光催化剂在可见及紫外区均有较强的吸收，所以CoPc的负载扩展了TiO₂的光吸收区域，在可见光下即可完成CO₂的光还原反应，为将来直接利用太阳能提供了参考。