二氧化碳和丙烷直接合成异丁烯醛在低碳烷烃和CO₂资源利用及烃类氧化物合成方面具有重要的理论意义和应用价值。本论文将气-固光催化反应技术应用于这一反应体系,系统深入地研究了负载型金属修饰的复合半导体的设计和制备,以及固体材料的表面化学构造和能带结构与其吸光特性、化学吸附能力和光催化反应性能的关联。一、以工业SiO₂载体为载体基质,采用分步浸渍-化学表面反应技术,成功地制得了比表面积大于200 m2/g,颗粒尺度约10nm的三种金属修饰的负载型复合半导体固体材料1%Cu/11.6%V₂O₅-11.1%TiO₂/SiO₂、1%Cu/17.2%MoO₃-9.4%TiO₂/SiO₂和1%Cu/10.1%ZnO-10.1%TiO₂/SiO₂。通过制备过程的DTA-TG和TPR结果分析,得出了这三种固体材料的适宜制备工艺条件。二、XRD、Raman、IR和UV-Vis DRS技术的表征结果证明:Cu/V₂O₅-TiO₂/SiO₂、Cu/MoO₃-TiO₂/SiO₂和Cu/ZnO-TiO₂/SiO₂三种固体材料的表面活性基元都均匀分散在SiO₂载体的表面上,其中V₂O₅或MoO₃或ZnO和TiO₂均以微晶形式存在于SiO₂内孔表面,金属Cu则以高度分散的状态均布于复合氧化物活性基元的表面上;且复合半导体氧化物中的V₂O₅或MoO₃或ZnO既与TiO₂发生了化学键联,形成了（V, Mo, Zn）-O-Ti键,也与载体SiO₂表面形成了（V, Mo,Zn）-O-Si及Ti-O-Si的化学键;它们的表面组分活性基元由金属位Cu,Lewis酸位Ti⁴⁺和V⁵⁺或Mo²⁺或Zn²⁺,及Lewis碱位M=O的端氧或M₁-O-M₂的桥氧构成。二、紫外-可见光漫反射实验及利用Kubella-munk函数对材料禁带能隙Eg估值结果说明:负载型复合半导体材料中由于基元半导体组分粒径变小,导致其禁带能隙Eg值增大;基元组分间复合作用也引起其吸光强度增加。金属Cu引入复合半导体材料后,不仅增强了固体材料的光吸收强度,也使其吸光域明显地向可见光范围扩展。根据实验结果,我们得出了负载型组合活性基元Cu-V₂O₅-TiO₂、Cu-MoO₃-TiO₂和Cu-ZnO-TiO₂的能带结构及其Eg、Ec和Ev间的匹配关系,并由此探讨了它们对光生载流子的分离性能和与之相关的催化氧化还原反应能力。三、化学吸附-IR和TPD-MS实验结果表明,CO₂分子在三种固体材料表面金属位Cu和Lewis酸位Tiⁿ⁺的协同作用下,主要形成CO₂的卧式吸附态Cu-C（CO）→Tiⁿ⁺。其C=O键的活化程度为依次为:Cu/V₂O₅-TiO₂/SiO₂≥Cu/MoO₃-TiO₂/SiO₂>Cu/ZnO-TiO₂/SiO₂。C3H8分子在三种固体材料Lewis碱位V=O或Mo=O或Zn-O-键的端氧上,可形成亚甲基氢的单位吸附态,或甲基氢