大量CO2排入大气是导致全球气候变化的重要原因。以水作为电子供体,利用清洁、可再生、取之不尽的太阳能还原CO2生成替代能源是减少CO2排放量,并满足全球长期能源需求的潜在方法。然而,常见半导体材料在可见光范围的光催化效率相对较低或不能高效分离光生电荷,导致其不能有效利用太阳能。因此,开发新型和更为有效的可见光响应光催化剂,以期达到由太阳能驱动还原CO2的目标,是当前面临的一个重要挑战。高性能的等离子体光催化作为一个非常有应用前景的半导体材料近年来成为研究焦点。它通过贵金属纳米粒子表面电子的集体振荡导致的局域表面等离子共振(LSPR),使其对可见光吸收急剧增强。LSPR可以使宽带隙的光催化剂具有可见光响应,这对于难以有效吸收可见光激发的半导体催化材料显得尤其重要。LSPR在光催化领域的成功应用促使我们设计、制备新型高活性和高稳定的可见光驱动的等离子体共振光催化剂,以进行从太阳能到化学能的高效转换。本研究在常温常压下通过AgNO3与KIO3的固相离子交换法制备AgIO3,并通过水合肼还原表面Ag+部分生成Ag0纳米粒子,制备了 Ag纳米粒子负载于AgIO3上的光催化剂(Ag/AgIO3)。通过AgNO3与KX(X=C1、Br、I)固相离子交换法制备AgX,并结合光致还原法使AgX表面Ag+部分生成Ag0纳米粒子,合成了 Ag纳米粒子负载于AgX上的光催化剂(Ag/AgX(X=Cl、Br、I)),所得催化剂用于研究Ag纳米粒子的LSPR在可见光催化还原CO2过程中对催化剂活性的增强作用及催化机理。所制备的光催化剂通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis),Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积和 Mott-Schottky 曲线(阻抗-电位曲线)测试,探明了催化剂的物理化学性质与其光催化还原CO2性能之间的关系。详细研究了这些等离子体共振光催化剂的光催化还原CO2行为。在可见光照射下(光波长>400 nm),所制备的各种等离子体共振光催化剂催化还原水蒸汽饱和的CO2气体,产物主要为CH4,以及少量CO,均表现出了较高的活性和稳定性。基于产物收率、入射光的光子量子数、催化剂活性位数量和反应焓变(△H),计算了 Ag/AgIO3的量子产率(QY)、能量投入产出比(EROEI)、催化剂转换数(TON)和转换频率(TOF),以及Ag/AgX的QY和EROEI。结果表明所制备的光催化剂的活性比相同反应条件下N-TiO2的高得多。光催化还原C02表现出的高活性主要归因于AgIO3或AgX(X=Cl、Br、I)表面上Ag纳米粒子的LSPR效应。不同催化剂及不同反应条件下光催化还原CO2实验表明,Ag/AgIO3或Ag/AgX复合催化剂中光生电子、空穴的产生与分离,受到半导体的能带结构与表面态、半导体与Ag纳米粒子的几何结构、以及反应条件等各种因素的影响,半导体直接激发、LSPR激发的电子直接注入与其紧密接触的半导体、局域电场增强、共振能量转移或Ag纳米粒子的LSPR激发载流子直接与其表面吸附态分子发生反应等各种电荷生成与迁移机制,可在不同的等离子共振光催化剂中发挥不同的作用。总之,由于LSPR作用,Ag纳米粒子在可见光区具有显著吸收并在高效光催化还原CO2中起关键作用。本实验所开发的新型等离子体共振光催化剂可望应用于太阳光下光催化还原CO2,或扩展应用于去除大气中其他类型的污染物。